CN104995692A - 密封的导体电缆 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于一种绞合导体(2)，包含特定数目的第一类线(5)，当查看绞合导体的截面时，所述第一类线(5)至少两层地环绕中心线被排列成六边形图案。布置在六边形图案的顶点的导线是第二类线(6)，第二类线(6)原则上具有比第一类线(5)小的直径。第一类线和第二类线之间的间隙(10)被密封剂(3)填充。

Description

密封的导体电缆

技术领域

本发明涉及绞合导体电缆。

背景技术

以Siemens AG的名义，在1976年3月25日公布的DE2444360描述了一种纵向密封的通信电缆。该文献说明包含排列在多个同心层中的单一或一组导线的电缆，其中相同层的导线到电缆的中心轴的距离相等。从而，导线的导电芯具有大体圆形的形状。导电芯由绝缘塑料护套覆盖。借助位于导电线之间的间隙中的特殊装置，填充密封剂。

以Ian Downie的名义，在1992年9月29日公布的US5151143描述了一种防潮电缆。所述电缆包含中心导线，至少一层导线螺旋缠绕所述中心导线。中心导线可以是单一导线或绞合导线。属于相同层的所有导线到中心层的距离大体相同。作为结果的绞合导电芯由绝缘塑料护套覆盖。通过对电缆的一端施加真空，同时把另一端连接到液体填充剂的贮存器，导电线之间的间隙被填充密封剂。

以Essex Group Inc.的名义，在1984年9月11日公布的US4471161描述一种导体绞合线。单向同心层绞电缆芯包含具有中央芯线和螺旋形的两个环绕层的导线的紧密六边形堆积。最外层包含总共12根具有圆形截面的导线-和用于芯线及第一层的导线具有相同直径的6根导线，另外，直径小于其它导线的直径的6根导线。在最外层中，沿圆周方向交替排列这两种导线，从而产生电缆芯的几乎圆形的截面。

以Ceeco Machinery Manufacturing Ltd.的名义，在1996年3月5日公布的US5496969说明一种同心的压缩单绞捻导体。按照该发明，绞合导体中的相邻层中的导线数是不能被除整数1外的公约数除尽的整数。于是与特定层的导线的径向压缩结合，能够构成具有稳定的圆形截面的导体。

以Hitachi Cable Ltd.的名义，在1989年12月6日公布的JP1302615说明一种具有六边形堆积的完全压缩导体。为了防止由导线的非均匀压缩引起的电缆的蜿蜒曲折和膨胀，直径较小的导线被置于最外面的六边形的导线层的顶点。

以Whitaker Corporation的名义，在1997年12月9日公布的US5696352说明一种多股绞合导体。绞合线具有绕其圆周的锯齿，以抑制相邻绞合线之间的滑动(移位)，例如，当用于绝缘位移接触(IDC)时。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有绞合导体芯的导体电缆，所述导体电缆具有良好的机械柔韧性，截面的较高尺寸稳定性，并且可在纵向方向，利用最少量的密封材料密封。

纵向密封的导体电缆用在必须防止电缆内的流体或水分的扩散的各种应用领域中，比如用在车辆布线中。防止流体浸入电缆芯和流体在绞合导体芯内扩散的常用方法是利用填充物材料，填充导体芯内的空腔(间隙)。这种填充物通常通过抑制扩散，以及沿电缆的纵向的毛细效应，禁止流体的传质。在许多情况下，特殊种类的油脂或胶类材料用作填充物。使用这些种类的填充物产生的主要问题在于它们的润滑性降低在电缆芯的各个导线之间的接触面的摩擦力。如果把这样的润滑填充物应用于常规的绞合线芯设计，那么一旦外力作用于各个单线，那么各个单线易于移动。特别地，由一种单一线型(具有指定的半径)构成的常规绞合导体易于塌缩成更密集的六边形图案，其中导线被收纳在由下面一层的导体形成的间隙槽中。不过，这种导体在其外部不再是圆形。

特别地，受到扭转的电缆易于发生导线的这种移动。除了不稳定之外，电缆的截面形状的这些变化会导致导体电缆的电气特性的有害变化。此外，作为结果的绞合导体的六边形使得难以用护套包覆电缆，以便接纳圆形电缆截面。这导致护套厚度不恒定，在绞合线的六边形排列的最外部导线的顶点附近厚度最小。这种护套易于失效，因为在顶点处，最小的壁厚不足。从而，为了获得具有一定的最小护套厚度的电缆，需要大量的护套用材料。

现有技术中已知尺寸稳定的绞合线芯的几种设计，比如Seale、Filler、Warrington和Warrington-Seale。不过，这种类型的绞合线都由较大数量的具有不同直径的单线组成。从而归因于不同线型的库存，以及机器的准备，生产变得成本高。另外，通常使用的多数填充物材料较昂贵，于是需要单线之间的空腔最小的芯设计。

本发明的新概念并不仅仅提供具有尺寸稳定的截面的电缆芯设计(体系结构)，另外，稳定的电缆芯可由类型数目最少，即，2种不同类型的单线组成，并且其特征在于待密封的空腔较少。作为结果的电缆呈现紧凑的设计，从而填充材料的数量被减少。另一个优点是生产尺寸稳定的电缆的方法简单，结果对生产费用产生积极的效果。

与现有技术中已知的导体相反，按照本发明的方法提供通过组合特定数目的两种不同种类(组)的导线，获得截面足够圆形的绞合导体的优点。所述导线主要在其截面方面不同。

在优选实施例中，第一类和第二类导线在压紧之前都具有圆形截面。第一类导线具有较大的直径(即，半径R1)，第二类导线具有较小的直径(即，半径R2)。导线被一次性绞合，随后在绞合期间或者在绞合之后，可控地使导线变形。虽然在剖视图中，第一类导线被排列成六边形图案，从而形成几何形状的主要部分，不过6根第二类导线被布置在第一类导线的六边形图案的6个顶点。通常在绞合之前，所述6根第二类导线未填充顶点的区域。这是利用新近绞合的导线的可控变形和压紧克服的。

在安装位置(即，在绞合电缆中)，当查看截面时，代替第一类导线，6根第二类导线被布置在六边形堆积的导线的顶点。第二类导线被布置在至少3根第一类导线之间，并在最终位置，在沿着其外形的3个位置，与所述至少3根第一类导线接触。利用这种接触，以规定的方式侧面支承第一类导线，从而避免截面的有害变形。

在所述实施例中，借助压紧，可控地使导线的外形变形。在压紧处理中，目的不是按照导线完全填充作为结果的截面的方式，使导线变形。相反，目的是保留一定的可用间隙。所述间隙被防止液体和水分的纵向扩散的密封剂填充(当查看最终产品时)。在一个实施例中，间隙占绞合导体的截面面积的2％-20％。通过压紧绞合导体的导线，导体的直径被减小。

为了获得紧密的六边形堆积图案，使与中心层相邻的几层导线都沿相同方向定向(单向)。

在实施例中，在六边形的第二层的6个顶点的6根导线是第二类线，在绞合处理之前和/或之中和/或之后，利用压缩，使它们沿电缆芯的径向方向变形，以致按照规定的方式，减小到同一层的相邻第一类线的间隙。同时，电缆芯的截面的总面积被减小。第二层的所述6个顶点之间的6个位置被第一类线占据，从而这种芯布局可被识别成1+6+(6+6)。换句话说：在剖视图中，本实施例中的导线实质上是如同在圆柱体的紧密六边形堆积中一样地放置的，所述紧密六边形堆积沿中心圆柱体(相应地中心导线)的轴被扭曲。

另一方面或者另外，在最外层的导线的敷设(封闭)之前，例如，在从线轴上取下之后，并在进入并线模之前，使第一类线和/或第二类线变形。另一方面或者另外，当从线轴上取下，第一类线和第二类线已变形。另一方面或者另外，使第一类线和/或第二类线在进入并线模中时和/或在并线模内变形。当在并线模内被变形时，按照本发明，可进行其它导线的变形。另一方面或者另外，也可在电缆芯离开并线模之后，进行第一类线和第二类线的变形。从而，第一类线和第二类线的变形可在单个步骤中进行，或者在多个步骤中逐渐地进行。

最好通过使导线同时通过固定或活动的模具(孔型(caliber)，夹具)，进行变形，在所述模具，使所述导线受控地变形。模具可以是绞线机的单个并线模。另一方面或者另外，在从其抽取导线的放线盘和并线模之间，可以放置一个或多个辅助模具。适当时，在变形处理之前和/或之中和/或之后，导线可被热处理。另一方面或者另外，在绞合之前和/或之后，可以利用热轧或冷轧处理，使所有或一些导线变形。可以利用润滑剂，进行利用轧制或通过模具的变形。在本发明的一个实施例中，填充物可以用作润滑剂。

对于具有例如19根导线的绞合芯，导线可以展开自3个并绕放线盘和一个单绕放线盘，在每个并绕放线盘上，缠绕6根导线。单绕放线盘可以用作中心线的供给。一个并绕放线盘可以用作6根第二类线的供给，而另外2个并绕放线盘可以用作内层的6根导线和外层的6根导线的供给。从而，可以减小整个机器的尺寸，能够降低断线的风险。

归因于按照本发明的变形处理，第二类线被整形，以致它们至少部分填满最外层导线的第一类线之间的空间。理想地，在剖视图中，它们构成3个接触区，通过所述3个接触区，它们接触第一类线-分别与相同层的相邻第一类线的一个接触区，和与下面一层的相邻第一类线的一个接触区。从而它们侧向支承相邻导线，减小导线之间的间隙，通过把第一类线“锁定”在预知的位置，防止有害变形。同时，六边形的最外层的顶点被倒角(chamfer)，结果形成电缆芯的几乎圆形的截面。

换句话说，在一个实施例中，通过用沿作为结果的绞合导体的径向方向变形的具有较小直径R2的6根导线，替换在最外层导线的6个顶点的6根导线，使具有直径R1的圆形导线的紧密堆积的六边形截面近似于圆形。

在本发明的第二实施例中，绞合芯包含紧密六边形堆积中的中心线，以及绕芯缠绕的两层导线，所有这些导线都是第一类线。另外，本发明的第二实施例还包含螺旋缠绕第二层导线的第三层导线。类似于本发明的第一实施例，第三层(最外层)由按照紧密六边形堆积放置的12根第一类线，和放置在最外层的6个顶点(角落)的6根第二类线组成，所有的第二类线都沿作为结果的绞合导体的径向方向被变形。

为了生产按照本发明的绞合导体，可以使用具有一个并线模或多个并线模和一个分线板(导线器)或多个分线板的绞线机。在一个实施例中，可以利用仅仅一个并线模和一个分线板，产生绞合导体。

在本发明的一个实施例中，可利用单台或多台绞线机，进行绞合导体的绞合。

为了用填充物材料，填充导线之间的间隙，可在被部分或完全浸入填充物材料中的并线模中，进行各根导线的组装和封闭。另一方面或者另外，在通过并线模之前或之后，导线可被涂覆，以获得用于特殊用途的其它功能。另一方面或者另外，也可在绞合导体离开并线模之后，用填充物材料浸渍绞合导体。为了增强填充处理，绞合导体和/或填充物可被加热到特定温度。在填充处理之后，可以使绞合导线通过一个或多个另外的模具，以便从绞合导体的周面，除去多余的填充物材料。在本发明的一个实施例中，可以从导体的周面除去填充物材料。在本发明的另一个实施例中，绞合导体的周面上的间隙槽仍然包含一些填充物材料。在本发明的另一个实施例中，用更适合于护套的应用的另一个填充物材料，替换周面上的填充物材料。

为了生产导体电缆，可以利用至少一个挤出处理和/或至少一个包扎处理，用护套覆盖绞合导体。护套可包含一层或多层。于是，在生产之后，绞合导体可被直接提供给挤出生产线(电缆挤出机)。另一方面，可以首先存放绞合导体，随后提供给挤出生产线。在本发明的一个实施例中，在用填充材料填充之后，并在被提供给挤出生产线之前，绞合导体可被冷却到一定温度，以便增大填充物材料的粘性，从而避免泄漏。

通常，按照本发明的绞合导体包含根第一类线，和布置在外部顶点的6根第二类线。n是围绕中心线的外层的数目(其中n>1)。

可如下说明按照本发明的绞合导体的实施例。绞合导体包含特定数目的第一类线，当查看绞合导体的截面时，所述第一类线至少两层地环绕中心线被排列成六边形图案。取决于应用领域，就相邻两层来说，第一类线本身可以具有不同的直径。布置在形成六边形图案的截面的外部几何形状的顶点处的导线是第二类线，原则上，第二类线具有比第一类线小的直径。如上所述，第一类线和第二类线之间的间隙被密封剂填充。取决于设计，在绞合导体中，第一类线和/或第二类线可具有非圆形截面。可通过牵拉导体通过并线模或类似工具，利用变形处理产生所述非圆形截面。在绞合之前，第一类线和/或第二类线可具有圆形截面。不过，其它形状，比如椭圆形也是适合的。当密封剂填充的间隙为截面面积的2％-20％时，获得良好的结果。通常，在安装位置，第二类线都具有3个接触区，通过所述接触区，它们与相邻的第一类线相互作用。在绞合导体中，第一类线具有由按照这里说明的发明的受控变形产生的大体六边形的截面。合适时，最外层的第一类线可被第三类线替换，其中第三类线原则上具有比第一类线更大的直径。

在实施例中，第一类线的直径为0.05mm-3.0mm。第二类线的直径为第一类线的直径的0.5-0.95倍。如果第二类线的直径为第一类线的直径的0.82-0.9倍，那么可以获得良好的结果。如果最外层的第一类线被第三类线替换，那么这里讨论的实施例中的第三类线的直径为第一类线的直径的1.02-1.2倍。取决于应用领域，其它直径和比例也是适当的。

密封剂是油脂和/或油状物和/或塑料材料。如果需要，那么外表面被护套覆盖，所述护套包含至少一层的绝缘材料。

附图说明

根据下面给出的详细说明和附图，将更充分地理解这里说明的发明，所述详细说明和附图不应被视为对在附加权利要求中记载的发明的限制。

图1用透视图，示意表示绞合设备；

图2A表示按照图1的细节A；

图2B从前面示意表示绞合设备；

图3用透视图，示意表示电缆的实施例。在电缆的一端，部分除去护套和填充物，以便显示填充物和绞合的导体芯；

图4表示按照图3的细节B；

图5表示按照图3的电缆的剖视图C；

图6表示电缆的实施例的剖视图；

图7表示电缆的实施例的剖视图；

图8用透视图，示意表示电缆的实施例。电缆护套的一部分被除去，以显示绞合的导体芯；

图9表示按照图8的电缆的剖视图D；

图10(a)表示常规绞合导体的剖面图像，10(b)表示剖面图像的轮廓；

图11(a)表示按照本发明的绞合导体的剖面图像，11(b)表示剖面图像的轮廓；

图12(a)表示按照本发明的绞合导体的剖面图像，12(b)表示剖面图像的轮廓。

具体实施方式

当结合附图阅读时，可更好地理解上述发明内容，以及优选实施例的以下详细说明。为了举例说明本发明，目前优选了一个实施例，附图中，相同的附图标记表示相同的部分，不过要明白，本发明并不局限于公开的具体方法和手段。

图1用透视图，示意表示用于具有19根导线的绞合导体芯的生产的绞合设备20。图2A表示图1的细节A。绞合设备20包含至少一个分线板22，所述分线板22导引来自送线器21的分离的第一类线5和第二类线6穿过开孔23到达并线模24，在并线模24，它们被组装成绞合线。在图2B中可看出，最外层的第一类线5和第二类线6是交替排列的。第一类线5具有半径R1，半径R1大于第二类线6的半径R2。用于导线5、6的排列的原理类似于圆柱体的紧密堆积的六边形栅格。如图2A中所示，中心线和周围的第一层的6根第一类线5(图中截面无阴影的导线)可以仅仅稍微变形。在图2-9中，用圆形截面示意地近似仅仅稍微变形的导线，指示它们具有圆形截面或仅仅稍微变形的截面。外层(第二层)的导线由交替布置的6根第一类线5(可被稍微变形)和6根变形的第二类线6'(带阴影)组成。第二层的第一类线5实质上被布置成以致它们都与第一层导线中的2根第一类线5面接触。第二层的变形的第二类线6'实质上被布置成以致它们与第一层导线中的仅仅1根第一类线5和最外层的2根第一类线5面接触。

图3表示具有绞合芯2、填充物3和护套4的导体电缆1。护套4和填充物3被部分除去，以使电缆的内部结构可见。如图5中所示，绞合芯具有大体圆形的截面，由总共19根单线组成。图4表示按照图3的细节B，图解说明填充物不仅填充绞合芯2内单线之间的本来空的间隙10(也共同称为衬料或填隙)，而且至少部分覆盖绞合芯2的外表面。护套可包含一个或多个同心层。图5表示按照图3的截面C，图解说明绞合芯2的可能实施例，以及按照本发明的可能的导体电缆1。绞合芯2包含中心线7，它是具有半径R1的可被轻微变形的第一类线5。中心线7被大体六边形的第一层的6根第一类线5环绕，所述6根第一类线5螺旋缠绕中心线7，可被轻微变形。邻近并且与第一层的导线同心，存在大体六边形的第二层导线。在六边形的第二层的6个角落位置(顶点)处的6根导线是变形的第二类线6'，而在角落位置(顶点)中间的6根导线是也可轻微变形的第一类线5。从而，绞合芯2的布局是1+6+(6+6)。在图5中可以看出，导线中间的所有间隙10都填充以填充物3，填充物3可以是油脂和/或油状物和/或胶状物和/或塑料。

图6表示包含绞合芯2、填充物3和护套4的导电电缆的另一个实施例。它还可包含位于绞合芯2的单线中间以及绞合芯与护套2中间的间隙10中的填充物3。绞合芯2包含中心线7和缠绕中心线7的同心并且大体六边形的2层导线，它们都是可被稍微变形的第一类线5。类似于上面说明的具有两层的实施例，在最外面的(第三个)六边形层的顶点的导线是皱褶的第二类线6'，而第三个六边形层的所有其它导线是第一类线5，产生1+6+12+(12+6)的布局。

图7表示本发明的具有同心并且大体六边形的4层导线的第三实施例，布局为1+6+12+18+(18+6)。和上面说明的实施例中一样，最外层的6个顶点被变形的第二类线6'占据。另外，通过施加局部充实或压褶处理，可以使与6根第二类线6'相邻的最外层中的12根第一类线5'显著变形。从而，可以改善绞合芯的截面近似于圆形。可以在导线进入并线模之前和/或在进入并线模时和/或在并线模内时和/或当离开并线模时和/或在离开并线模之后，进行第一类线6的这种局部变形处理。

图8表示其中填充物3仅仅局限于单线中间的间隙(衬料)的导体电缆的另一个实施例。在图9中所示的截面D中可以看出，护套4实质上直接接触绞合导体的整个周面，包括间隙槽。按照本发明，可对如上所述的绞合芯的所有种类/实施例，应用这种护套。

图10表示现有技术的19根导线的绞合线，所述19根导线包括中心线7，按非六边形方式绕中心线7绞扭的第一层(内层)的6根导线和第二层(外层)的12根导线，产生基本圆形的截面。在显微图像(a)以及轮廓图(b)中可以看出，导线中间的间隙10较大。

图11表示按照本发明的由19根导线组成的绞合线，其中填充材料不可见。所述绞合线只包含两种不同类型的导线，与利用3种不同类型的导线时相比，这使制造明显更容易。中心线5',7和除在六边形第二层的6个顶点的那些导线6'以外的其它导线5'都由变形的第一类线构成，这些第一类线是利用径向压缩变形的。整个绞合线在径向方向被压缩，导致各根导线的截面的变形。这种绞合导体的导线是稳定地排列的。另外，在轮廓图(b)中可以看出，这种绞合线包含总间隙10较小的紧密堆积。

图12(a)表示按照本发明的另一种绞合导体。该绞合线由19根导线构成，包括中心线7和第一层中的直径与中心线7相同的6根导线5'。此外，该绞合导体包含第二层(最外层)，第二层包含直径小于中心线7的直径的6根导线6'，和直径比中心线7的直径大的6根变形的第三类线8'。整个绞合线在径向方向被压缩，导致各根导线的截面的变形。这种绞合导体的导线是稳定地排列的。另外，在轮廓图(b)中可以看出，这种绞合线包含总间隙10较小的紧密堆积。

附图标记

1  电缆

2  绞合导体(一束细导线)

3  密封剂(填充物材料)

4  护套

5  第一类线(细单线)

6  第二类线(细单线)

5' 变形的第一类线

6' 变形的第二类线

7  中心线

8' 变形的第三类线

10 间隙

20 绞合设备

21 送线器

22 分线板(导线器)

23 开孔

24 并线模

Claims (18)

1.一种绞合导体(2)，包含

a.特定数目的第一类线(5)，当查看绞合导体的截面时，所述第一类线(5)以至少两层环绕中心线地被布置成六边形图案，

b.从而布置在所述六边形图案的顶点处的导线是第二类线(6)，第二类线(6)原则上具有比第一类线小的直径；

c.其中第一类线和第二类线之间的间隙(10)被密封剂(3)填充。

2.按照权利要求1所述的绞合导体(2)，其特征在于在绞合导体(2)中，第一类线(5)和第二类线(6)具有非圆形截面。

3.按照权利要求2所述的绞合导体(2)，其特征在于通过牵拉导体通过并线模(24)，利用变形处理产生所述非圆形截面。

4.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于在绞合之前，第一类线(5)具有圆形截面。

5.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于在绞合之前，第二类线(6)具有圆形截面。

6.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于间隙(10)占据截面的面积的2％-20％。

7.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于第二类线(6,6')都具有3个接触区，通过所述接触区，它们与相邻的第一类线(5,5')相互作用。

8.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于在绞合导体中，第一类线(5')具有大体六边形的截面。

9.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于外层的第一类线(5,5')被第三类线(8')替换，其中第三类线(8')原则上具有比第一类线(5,5')更大的直径。

10.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于第一类线(5)的直径为0.05mm-3.0mm。

11.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于第二类线(6)的直径为第一类线(5)的直径的0.5-0.95倍。

12.按照权利要求9-11之一所述的绞合导体(2)，其特征在于第三类线(8')的直径为第一类线(5)的直径的1.02-1.2倍。

13.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于密封剂(3)是油脂和/或油状物和/或塑料材料。

14.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于其外表面被护套(4)覆盖，所述护套包含至少一层电绝缘材料。

15.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于它包含总共19根或37根或61根导线(5,5',6,6')。

16.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于第一类线和/或第二类线(5,5',6,6')由选自以下一组材料中的材料制成：铝、铝合金、铜、铜合金。

17.按照前述权利要求之一所述的绞合导体(2)，其特征在于第二类线(6)由杨氏模量与制成第一类线(5)的材料不同的材料制成。

18.按照权利要求17所述的绞合导体(2)，其特征在于第二类线(6)的杨氏模量小于第一类线(5)的杨氏模量。