DE10197076B4

DE10197076B4 - Abschlußmuffe für Mineralisoliertes Kabel

Info

Publication number: DE10197076B4
Application number: DE10197076T
Authority: DE
Inventors: Kevin c. Ontario Dancy
Original assignee: Tyco Thermal Control UK Ltd
Current assignee: Nvent Solutions UK Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: DE10197076T1; US20020166693A1; GB2386482B; GB2386482A; US20020074151A1; WO2002051209A1; GB0314309D0; CA2432152A1; CA2432152C; US6437246B1

Abstract

Verbindung zwischen zwei mineralisolierten Kabeln (130, 150), die jeweils ein äußeres Metallrohr (132, 152) und zwei Innenleiter (135, 155) aufweisen, wobei die Verbindung umfasst: eine Muffe (140) mit mindestens einem gecrimpten Abschnitt (142), der eines der beiden äußeren Metallrohre (132, 152) eines der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) festhält; eines und eine Epoxidharzfüllung (180) des Inneren der Muffe (140); wobei ein elektrischer Durchgang zwischen den jeweiligen Innenleitern (135, 155) der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abschluss und eine Verbindung von mineralisolierten (MI) Heizeinheiten und Kabeln.
Mineralisolierte Kabel werden hauptsächlich als Heizeinheiten und Stromkabel verwendet. Diese Kabel besitzen einen Außenmantel in Form eines Metallrohrs, eine bis sieben Adern, und eine Isolierung aus Magnesiumoxid um die Adern herum, welche die Adern isoliert und sie innerhalb des Metallrohrs auch an ihrer Stelle hält.
Abschnitte von mineralisolierten Kabeln können abgeschlossen, miteinander verbunden oder mit nicht mineralisolierten Kabeln verbunden werden. Beispielsweise kann ein mineralisolierter Abschnitt eines nicht heizenden Kabels mit einem zum Heizen beabsichtigten Abschnitt verbunden werden; diese beiden Abschnitte könnten identisch sein, mit der Ausnahme, dass der Heizabschnitt Innenleiter mit höherem Widerstand aufweist.
Das herkömmliche Verfahren zum Abschließen eines mineralisolierten Kabels besteht darin, eine offene Abschlussgarnitur über das äußere Metallrohr des mineralisolierten Kabels zu schieben, das Innere mit einer Mineralisolierung ähnlich derjenigen im Kabel zu füllen, und dann eine Kappe auf das offene Ende der Garnitur zu löten.
Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen zwei Abschnitten eines mineralisolierten Kabels besteht darin, die Leiterdrähte, die aus den Enden jedes der Metallrohre vorstehen, elektrisch durchgängig zu verbinden, und die Verbindung dann mit einer Aufschiebemuffe zu vervollständigen, die auf die Metallrohre aufgelötet wird. Der Raum innerhalb der Muffe ist hohl und muss gefüllt werden. Dies wird herkömmlicher Weise dadurch bewerkstelligt, dass ein kleines Loch in die Seite der Muffe gebohrt, zusätzliche Mineralisolierung eingespritzt wird, um den Hohlraum zu füllen, und das Loch dann durch Löten verschlossen wird. Das Loch wird typischerweise mit einem 6–32 NC-Gewinde versehen, in welches eine passende Messingschraube eingedreht wird. Die Schraube wird abgebrochen und das Ende überlötet.
Dieses Verfahren ist sowohl zeitaufwändig als auch unsicher: zeitaufwändig, weil das Füllloch aus offensichtlichen Gründen klein sein sollte, und das Befüllen des gesamten darin befindlichen Hohlraums ein langwieriger Prozess ist; unsicher, weil es fast unmöglich ist, sicherzustellen, dass der Hohlraum gleichmäßig befüllt und bepackt wird. Es ist wahrscheinlich, dass Lücken zurückbleiben, und jeder Versuch, die Mineralisolierung an Ort und Stelle zu verdichten, könnte die Adern verschieben, wodurch die Drahtverbindungen belastet werden und möglicherweise sogar ein Kurzschluss verursacht wird.
Zusätzlich ist die Mineralisolierung für gewöhnlich sehr hygroskopisch und absorbiert zwangsläufig Wasser. Die eingefüllte Isolierung muss dann vor dem Verschließen des Lochs getrocknet werden, und das erfordert große Sorgfalt.
Nicht nur das Nachfüllen, sondern auch das Hartlöten der Muffen auf die Rohre ist gleichermaßen zeitaufwändig. Eine gründliche Reinigung der Rohre und Muffen ist nötig; das ganze Oxid muss entfernt werden, andernfalls wird die Verbindung nicht gut sein.
Hartlöten bringt hohe Temperaturen mit sich, die die physikalischen Eigenschaften des Metalls in den Rohren verändern, es brüchig machen und zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der Rissbildung und einem größeren zulässigen Biegungsradius führen. Es verursacht auch eine neue Oxidation, die entfernt werden muss. Darüber hinaus verursacht Hartlöten ungesunde Dämpfe.
Der Stand der Technik offenbart kein Verfahren zum Abschließen (Verkappen oder Verbinden) von Abschnitten mineralisolierter Kabel, welches schnell ist, eine gleichmäßige Befüllung von Hohlräumen zwischen Innenleitern sicherstellt, es nicht erforderlich macht, Metallflächen von Oxid oder Korrosion zu reinigen, und das Kabeln nicht durch hohe Temperaturen Schaden zufügt.
US 3,811,958 A bezieht sich auf eine Thermoelementanordnung, bei dem qualitätsmindernde Effekte aufgrund von Hitze in angrenzenden Teilen der Anordnung vermieden werden. Dabei ist ein Sensorelement in einem Metallmantel eingebettet und innerhalb eines röhrenförmigen Übergangsstücks mit Verlängerungsdrähten verbunden. Das Übergangsstück ist auf den Metallmantel gecrimpt und mit Verkapselungsmaterial gefüllt. Das Gehäuse, in dem sich das Sensorelement befindet, ist zudem im Innenbereich des Sensorelements mit Mineralisolierung versehen.
DE 27 30 814 B2 bezieht sich auf einen Kabelanschluss in Explosionsschutzausführung, wobei beabsichtigt ist, dass der Kabelanschluss von einem Monteur an einem Montageort schnell und in einwandfreier Explosionsschutzausführung herstellbar ist.
DE 72 02 008 U bezieht sich auf einen Endverschluss für elektrische Mantelleitungen, bestehend aus einer beidseitig offenen ein oder mehrere Adern umgebenden Metallhülse. Der Raum innerhalb der Metallhülse, der das Innenkabel umgibt, ist mit einem Silikonisoliermaterial aufgefüllt. Das andere Ende der Metallhülse ist mit einem Stopfen verschlossen, um den Raum der Hülse abzuschließen. Es wird gelehrt, dass durch diese Ausgestaltung des Endverschlusses selbiger den Sicherheitsprüfungen für Explosions- und Feuchtigkeitsschutz standhält und einfach herzustellen ist.
Demzufolge sind es Aufgaben der vorliegenden Erfindung, Abschnitte eines mineralisolierten Kabels schnell und zuverlässig abzuschließen oder zu verbinden; das Nichtvorhandensein von Hohlräumen in verbundenen oder abgeschlossenen Abschnitten eines mineralisolierten Kabels sicherzustellen; das Entfernen von Oxid oder Korrosion von den Metallflächen unnötig zu machen; Metallteile unterhalb von Temperaturen zu halten, bei welchen ein Brüchigwerden auftritt; und ungesunde Dämpfe zu verhindern.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung reduziert oder schafft Hartlöten in den Prozessen des Verbindens zweier Abschnitte eines mineralisolierten Kabels oder des Abschließens eines Endes eines Abschnitts eines mineralisolierten Kabels ab. In der vorliegenden Erfindung werden Muffen durch Crimpen an den Rohren befestigt, und Hohlräume werden mit Epoxidharz gefüllt. Das ist schneller und sicherer als in den Verfahren aus dem Stande der Technik, schädigt das Metall der Rohre nicht, erfordert einen niedrigeren Grad an Geschicklichkeit und schafft die Notwendigkeit aus der Welt, Löcher in Muffen und Endgarnituren zu bohren.
Die vorliegende Erfindung kann entweder in einem Werk oder vor Ort zusammengebaut oder hergestellt werden.
Mit dieser und weiteren Aufgaben, Vorteilen und Merkmalen der Erfindung, die im Nachstehenden deutlich werden, kann die Beschaffenheit der Erfindung mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung, die beigefügten Ansprüche und den verschiedenen hier beigefügten Zeichnungen verständlicher werden.
1 ist eine Draufsicht der Erfindung;
2 ist eine Detailansicht, teilweise im Schnitt, der Erfindung nach 1;
3 ist eine Detailansicht, teilweise im Schnitt, der Erfindung nach 1;
4 ist eine Detailansicht, teilweise im Schnitt, der Erfindung nach 1; und
5 ist eine Querschnittsansicht des Abschnitts V-V von 1.
6 ist eine Ansicht ähnlich 4, zeigt aber eine alternative Erdungskappe.
7 ist eine Ansicht ähnlich 4, zeigt aber eine alternative Erdungskappe.
Nun ist mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, in 1 ein mineralisoliertes Kabel 100 des Konstruktionstyps „D” gezeigt, des Typs, welcher in dieser Anwendung beispielhaft ist. Zwei Anschlussdrähte 105 für externen Strom erstrecken sich zum Anschluss an eine Stromquelle von einem Ende des mineralisolierten Kabels 100. Eine erste Muffe 120 schließt die Drähte 105 an eine Stromleitung 130 des Kabels 100 an, welche über eine zweite Muffe 140 an ein von einer Kappe 160 abgeschlossenes Heizelement 150 angeschlossen ist. Die Stromleitung 130 und das Heizelement 150 sind von ähnlichem Aufbau und unterscheiden sich hauptsächlich darin, welche Art von Leiterdrähten 135, 155 darin eingeschlossen sind. Ihr gemeinsamer Aufbau ist in 5 gezeigt. Es ist festzuhalten, dass die Erfindung keine Ähnlichkeit des Aufbaus erfordert.
In dieser Offenbarung umfasst der Begriff „Abschluss” den Aufbau am Ende eines einzelnen Kabelabschnitts sowie auch eine Verbindung zwischen zwei Kabeln.
5 ist ein Nennquerschnitt der Stromleitung 130, umfasst aber Bezugszahlen für Elemente des Heizelements 150, um die Zeichnung zu vereinfachen. Jeder Abschnitt umfasst ein äußeres Metallrohr 132 (der Stromleitung) oder 152 (des Heizelements), eine Füllung aus Mineralisolierung 190, und ein Paar Innenleiter 135 oder 155. Die Innenleiter können einen niedrigen Widerstand (135, Stromleitung) oder einen hohen Widerstand (155, Heizelement) haben.
2 zeigt den Abschluss oder die Muffe 120 im Detail, an welcher die beiden Drähte 105 für externen Strom an die Stromleitung 130 angeschlossen sind. Die Drähte 105 können Verlängerungen der beiden Leiter 135 sein, die durch die Stromleitung 130 laufen, oder alternativ kann eine hartgelötete Verbindung 123 zwischen jedem Leiter 135 und seinem jeweiligen externen Anschlussdraht 105 bestehen. Sind die Leiter 135 und/oder die Drähte 105 isolierte Drähte, dann kann ein Isolierschlauch (z. B. ein Schrumpfschlauch) angebracht werden, um die freiliegende Verbindung abzudecken.
Der erste Abschluss oder die erste Muffe 120 ist vorzugsweise eine Hülse, die einen im Allgemeinen gleichmäßigen Durchmesser hat, bevor sie durch Crimpen am äußeren Rohr der Stromleitung 130 befestigt wird, wonach der gecrimpte Abschnitt 122 das Rohr 132 der Stromleitung 130 festhält. Der nicht gecrimpte Abschnitt 124, welcher das Rohr 132 (falls vorhanden) enthält, hat einen größeren Durchmesser.
Das bevorzugte Material für die Hülse ist spanbares Messing. Ein Beispiel eines bevorzugten Crimpwerkzeugs ist das Modell TBM-25S von Thomas und Betts.
Es muss keine zusätzliche Mineralisolierung in den ungecrimpten Abschnitt 124 eingeführt werden. Dieser Raum ist mit einem Epoxidharz 180 gefüllt, das das Ende des mineralisolierten Kabels 100 versiegelt, ohne dass dabei eine Abschlusskappe, Stopfbuchse oder Verlötung notwendig wäre. Das Epoxidharz dringt langsam in alle Lücken zwischen dem Rohr 132 und dem gecrimpten Abschnitt 122 des Abschlusses 120 ein.
Die bevorzugte Art des Epoxidharzes 180 ist Vergussepoxidharz, welches in der Lage ist, hohen Spannungen und hohen Temperaturen standzuhalten. Ein Beispiel eines bevorzugten Epoxidharzes ist DURALCO 4525, das von Cotronics, Brooklyn, N. Y., hergestellt wird.
3 stellt eine Muffe 140 zwischen der Stromleitung 130 und dem Heizelement 150 dar. Eine vorzugsweise gelötete Verbindung 143 verbindet die Leiter 135 und 155, die von niedrigem bzw. hohem Widerstand sind. Eine Hülse 144 mit großem Durchmesser ist an ein Ende angecrimpt, um einen Abschnitt 142 mit reduziertem Durchmesser zu bilden, welcher das Rohr 152 des Heizelements 150 festhält. Der Zwischenraum zwischen den Rohren 152 und 132 und der Raum innerhalb der Hülse 144 ist mit Epoxidharz 180 gefüllt.
Vorzugsweise wird das Kabel in einer vertikalen Ausrichtung mit den gecrimpten Abschnitten 122, 142 und 162 nach unten zusammengebaut. Das Epoxidharz 180 füllt das obere, offene Ende der Hülse 120, 140 oder 160, fließt nach unten, um den Hohlraum zu füllen, und wird fest. Das versiegelt die darin befindlichen Leiter und verbindet die Rohre 132, 152 mechanisch zu einer festen Einheit.
In vielen Fällen ist es jedoch vorzuziehen, die beiden Rohre 132 und 152 sowohl elektrisch als auch mechanisch zu verbinden, beispielsweise, wenn das Rohr 152 als Erdungselement fungiert. Dazu wird ein in
1 gezeigtes Anschlussband oder ein Erdungsdraht 325 verwendet, um die beiden Rohre zu verbinden, und wird vorzugsweise an die Rohre 132, 152 und wahlweise an die Hülse 140 angelötet. Der Draht oder das Band 325 kann, wie gezeigt, entweder vor oder nach dem Befüllen der Hülse 140 mit dem Epoxidharz 180 punktgelötet werden.
Ein ähnlicher Anschlussdraht oder eine ähnliches Anschlussband kann wahlweise das Rohr 132 an die Hülse 120 oder eine (nicht gezeigte) angrenzende metallische Struktur anschließen.
6 zeigt, dass das Erdungsband 325 auch innenliegend in den Rohren 132, 152 sein kann. In dieser Ausführungsform kann das Band 325 vor dem Befüllen mit Epoxidharz angelötet werden.
7 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Erdungsband 325 durch eine Erdungskappe 327 ersetzt ist. Die Erdungskappe 327 kann auf die Hülse 144 aufgecrimpt oder mit Schraubengewinde befestigt sein.
Hier und in den folgenden Ansprüchen umfasst der Begriff „Anschlussband” jede Art von Draht, Streifen, Klemme, Feder, Leitung, Kabel, Maschengewebe, Anschraub- oder Einschnappvorrichtung, oder irgendein anderes leitfähiges Element.
4 zeigt den Abschluss 160. Die beiden Heizelementdrähte 155 sind (vorzugsweise) an einer Verbindung 163 zusammengelötet, und eine Hülse 164 ist über das Rohr 152 gecrimpt.

Claims

Verbindung zwischen zwei mineralisolierten Kabeln (130, 150), die jeweils ein äußeres Metallrohr (132, 152) und zwei Innenleiter (135, 155) aufweisen, wobei die Verbindung umfasst: eine Muffe (140) mit mindestens einem gecrimpten Abschnitt (142), der eines der beiden äußeren Metallrohre (132, 152) eines der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) festhält; eines und eine Epoxidharzfüllung (180) des Inneren der Muffe (140); wobei ein elektrischer Durchgang zwischen den jeweiligen Innenleitern (135, 155) der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) besteht.
Verbindung zwischen zwei mineralisolierten Kabeln nach Anspruch 1, wobei die Muffe (140) eine Hülse (144) mit einem Abschnitt größeren Durchmessers und mit einem Abschnitt kleineren Durchmessers am gecrimpten Abschnitt (142) umfasst.
Verbindung zwischen zwei mineralisolierten Kabeln nach Anspruch 1, ferner ein Verbindungsband (325) umfassend, das das äußere Metallrohr (132, 152) des einen der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) elektrisch an das äußere Metallrohr (132, 152) des anderen der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) anschließt.
Verbindung zwischen zwei mineralisolierten Kabeln nach Anspruch 1, ferner ein Verbindungsband (325) umfassend, das das äußere Metallrohr (132, 152) des einen der beiden mineralisolierten Kabel (130, 150) elektrisch an die daran angrenzende Muffe (140) anschließt.
Verfahren zum Verbinden zweier mineralisolierten Kabel, die jeweils ein äußeres Metallrohr und zwei Innenleiter aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Crimpen einer Hülse auf eines der beiden äußeren Metallrohre eines der beiden mineralisolierten Kabel; Herstellen eines elektrischen Durchgangs zwischen den jeweiligen Innenleitern der beiden mineralisolierten Kabel; und Füllen eines Innenraums der Hülse mit Epoxidharz.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Crimpens ferner das Crimpen eines einzelnen Endes der Hülse auf ein an diese Hülse angrenzendes äußeres Metallrohr der beiden äußeren Metallrohre umfasst, und wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Ausrichten der Hülse mit einem ungecrimpten Ende vertikal nach oben; Füllen des ungecrimpten Endes mit dem Epoxidharz; und Abwarten, bis das Epoxidharz mindestens teilweise fest geworden ist; wobei das Befüllen des Innenraums der Hülse mit Epoxidharz durch Schwerkraft unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend den Schritt des elektrischen Anschließens des äußeren Metallrohrs des einen der beiden mineralisolierten Kabel an das äußere Metallrohr des anderen der beiden mineralisolierten Kabel.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des elektrischen Anschließens ferner das Bereitstellen eines Anschlussbands umfasst sowie das elektrische Anschließen des Anschlussbands an das äußere Metallrohr des einen der beiden mineralisolierten Kabel und an das äußere Metallrohr des anderen der beiden mineralisolierten Kabel.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend den Schritt des elektrischen Anschließens mindestens eines der beiden äußeren Metallrohre der beiden mineralisolierten Kabel an die Hülse.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des elektrischen Anschließens das Bereitstellen eines Anschlussbands umfasst sowie das elektrische Anschließen des Anschlussbands an mindestens eines der beiden äußeren Metallrohre der beiden mineralisolierten Kabel an die Hülse.