DE1113016B - Elektrisches Schweisskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schweißkabel mit einer Mehrzahl von parallel verlaufenden und eng aneinander liegenden Litzenleitern, die aus miteinander verdrillten Einzeldrähten aufgebaut sind.

Um genügende Biegsamkeit der Leiter der angegebenen Art zu schaffen, die Schweißstrom zu beweglichen Schweißelektroden einer Widerstandsschweißmaschine führen, wurde für notwendig befunden, Kabel aus einer großen Anzahl feiner Einzeldrähte oder Adern aus Weichkupfer zu verwenden. Zur Herstellung eines derartigen Kabels ist es praktisch erforderlich, die Einzeldrähte miteinander zu verdrillen, um die Biegekräfte zu verteilen und die Möglichkeit der Absonderung einzelner Drähte aus der Masse zu vermindern, was eine vergrößerte Möglichkeit der Beschädigung dieser Einzeldrähte zur Folge hätte. Wird die von einem solchen Kabel geführte elektrische Energie eingeschaltet, ausgeschaltet und in ihrer Stärke geregelt, wirken die sich ändernden Magnetfelder, die in jeden einzelnen der miteinander verdrillten Leiter induziert werden, aufeinander ein und rufen magnetisch induzierte Kräfte und entsprechende Bewegungen der einzelnen Leiterbestandteile des Kabels ebenso wie eine Formänderung infolge der Reaktion gegenüber einem benachbarten Kabel hervor, mit dem das ersterwähnte Kabel gepaart ist. Ferner sind infolge der Feinheit und Weichheit der Einzeldrähte öder Adern die Absonderungen sowie die Beschädigungswirkungen einer solchen elektromagnetisch induzierten Formänderung größer, als es der Fall sein würde, wenn dickere Einzeldrähte und ein steiferes Material verwendet werden können. Die oben beschriebenen Biegekräfte führen zu einem Reiben und Schlagen der einzelnen Leiter gegeneinander. Unter harten Betriebsbedingungen brechen die einzelnen Adern eines üblichen Schweißkabels der geschilderten Art bereits innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit, was zu häufigem Kabelersatz nötigt. Ein solcher Ersatz ist aber, besonders bei einem Schweißautomaten, nicht nur teuer wegen der Kosten der Kabel selbst, sondern auch wegen der Notwendigkeit, die Maschine abzustellen, was in vielen Fällen weit mehr kostet als das Kabel selbst.

Bei den bisher bekannten Schweißkabeln wurden Litzenleiter verwendet, die aus miteinander verdrillten Einzeldrähten, insbesondere aus dünnen Kupferdrähten, aufgebaut sind, wobei alle diese Einzeldrähte jedes Litzenleiters in demselben Drehsinn, also alle rechtsdrehend oder alle linksdrehend verdrillt sind. Sonach bilden die Einzeldrähte, die zu einem einzigen Litzenleiter zusammengefaßt sind, einen Winkel mit

Anmelder:

Gar Wood Industries, Inc.,
Wayne, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. April 1959 (Nr. 805 420)

Earl Irwin, Walled Lake, Mich. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

den Drähten eines hierzu benachbart anliegenden Litzenleiters.

Hierdurch bilden sich Stellen mit relativ hohen Reibungsdrücken, insbesondere zwischen den Einzeldrähten eines betrachteten Litzenleiters und den Drähten des hierzu benachbart anliegenden Litzenleiters. Als Folge hiervon tritt an diesen Stellen eine Abnutzung auf.

Im fertigen Kabel besitzen die Litzenleiter, die im allgemeinen in kreisförmigen Lagen um die Längsachse des Kabels herum angeordnet sind, ihrerseits ebenfalls eine gemeinsame Verdrillung mit Bezug auf die Kabelachse, wobei die einzelnen aneinander angrenzenden Litzenlagen bei bekannten Schweißkabeln einen alternierenden Verdrillungssinn aufweisen können.

Jedoch gehört dies nicht zum Gegenstand der Erfindung, die sich nur auf die Art und Weise, wie die einzelnen Litzenleiter jeweils verdrillt sind, bezieht.

Die Konstruktion eines Schweißkabels ist von der eines Drahtstranges und anderer elektrischer Kabel verschieden, und zwar infolge der Tatsache, daß bei Schweißkabel die Einzeldrähte und Litzenleiter einigermaßen lose verdrillt sein und sehr dünne Einzeldrähte verwendet werden müssen. Die Kräfte, die ein Durchscheuern bzw. Abbrechen der Einzeldrähte verursachen, rühren nicht nur von einem gegenseitigen Abrieb infolge Abbringens bzw. Abknickens der Kabel her, sondern sind auch die Folge der auftretenden Magnetostriktion, die durch den

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häufigen Auf- und Abbau des Magnetfeldes bei Stromeinschaltung und -unterbrechung hervorgerufen wird.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein verbessertes Schweißkabel zu schaffen, das eine verhältnismäßig große Anzahl Einzeldrahte oder Ädern besitzt, die aus Weichkupfer geringer Dicke und verdrillt miteinander gebildet sein können, so daß das Kabel hochbiegsam ist und Biegekräfte längs der Adern oder Stränge gut verteilt werden, bei dem aber die Verschleißkräfte, die die Einzeldrähte oder Adern im Betrieb aufeinander ausüben, stark vermindert werden, wodurch der Bruch der Einzeldrähte herabgesetzt und die wirksame Lebensdauer des Kabels erheblich verlängert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Einzeldrahte derjenigen Litzenleiter, die im Kabel benachbart sind, eine entgegengesetzte Drallrichtung aufweisen.

Weitere Ausbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des neuen Schweißkabels ergeben sich aus der Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung.

Die einzige Figur zeigt in vergrößertem Maßstab ein elektrisches Kabel nach der Erfindung.

Das Kabel besteht aus einer Mehrzahl von im allgemeinen mit B bezeichneten Untergruppen, die Litzenleiter genannt sein sollen. Jeder Litzenleiter besteht wiederum aus einer Mehrzahl einzelner Drähte S. Bei einer typischen Ausführungsform des neuen Schweißkabels in Ausbildung gemäß der Zeichnung, mit einem Gesamtdurchmesser von etwa 13 mm, können die einzelnen Adern aus Kupferdraht ein Stärkemaß von dreißig B&S, mit etwa fünfundsiebzig Adern pro Litzenleiter bestehen. Die neunzehn Litzenleiter des beispielsweisen Kabels gemäß der Zeichnung sind in drei konzentrischen Schichten angeordnet, mi* einem mittig angeordneten oder Kernlitzenleiter Bc, sechs umgebenden Zwischenlitzenleitern Bi und zwölf Außenlitzenleitern Bo, wobei letztere die äußere Umfangslage bestimmen und begrenzen. Die sechs Litzenleiter der Zwischen- oder 5/-Lage stehen jeweils mit den nächsten Litzenleitern der Umfangsreihe, mit zwei benachbarten Litzenleitern der eigenen Reihe sowie mit dem Kern in Berührung, während die zwölf Litzenleiter der äußeren oder Bo-Lage in gleicher Berührung miteinander stehen, wobei zwei der äußeren Litzenleiter gegen je einen Zwischenlitzenleiter anliegen.

Die Richtung der Verdrillung oder Dralls der des Kernlitzenleiters Bc bildenden Einzeldrahte ist unwesentlich; veranschaulicht ist ein Linksdrall. Bei jeder peripheren Reihe der umgebenden Litzenleiter, d. h. in der von dem Litzenleiter Bi gebildeten Zwischenreihe sowie auch.in der von den Litzenleitern Bo gebildeten Außenreihe, jedoch sind die Adern jedes Litzenleiters in umgekehrter Richtung zu den Adern in den nächsten, benachbarten Litzenleitern seiner peripheren Reihe verdrillt. Jede periphere Gruppe besteht aus einer geraden Anzahl Litzenleiter, und der Exponent L oder R ist dabei an den Bezeichnungen Bo, Bi, Bc der Litzenleiter angebracht, um Linksdrall bzw. Rechtsdrall anzuzeigen. Der Verdrillungsgrad (Schraubungswinkel) der Litzenleiter mit Linksdrall ist gleich dem negativen Verdrillungsgrad der Litzenleiter mit Rechtsdrall. Vorzugsweise ist außerdem der Schraubungswinkel verhältnismäßig klein, um einen hohen Grad von Biegsamkeit aufrechtzuerhalten. Ein Schraubungswinkel von 13° hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen.

Dank des abwechselnd umgekehrten Dralls der benachbarten Litzen jeder peripheren Reihe liegen die Einzeldrahte Adern oder Stränge solcher peripher benachbarten Litzenleiter in den Berührungsbereichen zwischen Einzeldrähten dieser benachbarten Litzenleiter parallel zueinander.

Die oben erörterten elektromagnetischen Kräfte

ίο bewirken, daß die einzelnen Litzenleiter und Einzeldrahte abwechselnd zueinander hingezogen und voneinander weggestoßen werden, was dazu führt, daß sie sich in Längsrichtung aneinander reiben. Dieselbe Reibwirkung wird außerdem auch durch das mechanische Biegen des Kabels hervorgerufen.

Um Zerstörung und Versagen des Kabels zu vermeiden, ist der wichtigste Wunsch, Verschleiß und Bruch der Einzeldrahte der Adern S zu verhindern, die die empfindlichsten Teile des Kabels sind. Wo

ao die Abschnitte der Einzeldrahte, die einander berühren, unter einem Winkel zueinander liegen, ist die Berührungsfläche klein. Tatsächlich besteht praktisch Punktberührung, bis Verschleiß aufgetreten ist. Die Einheitsdrücke und Konzentrationen der Reibung sind deshalb sehr hoch, und die Einzeldrahte verschleißen daher rasch. Indem in allen möglichen Fällen die einander berührenden Einzeldrahte so angeordnet werden, daß sie parallel hegen, wird der Auflagedruck stark vermindert und die Reibung verteilt, so daß die Einzeldrahte die von den fraglichen Kräften hervorgerufenen mechanischen Belastungen viel länger aushalten können.

Die größte Zahl von »möglichen Störungsstellen«, nämlich von Stellen, wo Zusammenprall und Reibung ein Versagen der einzelnen Adern hervorrufen könnten, bestehen dort, wo die einzelnen Litzenleiter der peripheren Reihen einander berühren. Bei üblichen Schweißkabeln der bisherigen Ausführung, bei denen längs der Berührungslinien zwischen benachbarten Bündeln die Einzeldrahte dieser benachbarten Litzenleiter unter einem Winkel zueinander liegen, bewirken der Auflagedruck und die Konzentration der Reibung zwischen den einzelnen in Berührung stehenden Einzeldrähten der benachbarten Litzenleiter, daß diese Einzeldrahte sich aneinander abreiben und in den betreffenden Bereichen verhältnismäßig rasch brechen.

Das Ausmaß der mit der Erfindung erzielbaren Verbesserung läßt sich gut ermessen, wenn die beispielsweise Ausführung gemäß der Zeichnung von diesem Standpunkt aus analysiert wird. Alle Einzeldrahte in den zwölf Berührungslinien zwischen den äußeren Litzenleitern der ßo-Reihen haben die berührenden Abschnitte der Einzeldrahte der benachbarten Litzenleiter parallel laufend, wodurch die Anlagerungskräfte über die größtmöglichen Flächen verteilt werden. Derselbe Zustand besteht zwischen den Einzeldrähten der benachbarten Litzenleiter der Bz-Reihe, die aus sechs Kontaktlinien besteht. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Darstellung wirkt jeder Litzenleiter der jB/-Reihe mit zwei Litzenleitern der äußeren Reihe Bo zusammen, und demgemäß bestehen dort Zusammenwirkungslinien, bei denen die einzelnen Adern zwischen den Zwischenlitzenleitern und der Hälfte der äußeren Litzenleiter tatsächlich nicht parallel zueinander liegen. Die Zahl dieser Stellungen ist ersichtlich verhältnismäßig klein, indessen bestehen bei dem veranschaulichten Leiter

tatsächlich sechs solche Linien mit höheren Auflagedrücken zwischen der äußeren Reihe und der Zwischenreihe, und drei entsprechende Linien mit höheren Auflagedrücken zwischen dem Kernlitzenleiter Bc^L und den Litzenleitern der Zwischenreihe. Alle diese Linien mit höherem Auflagedruck sind im Inneren angeordnet, wo die Litzenleiter das Bestreben haben, die Einzeldrähte in ihrer richtigen Einstellung zu begrenzen, wobei die Zahl der Stellen hoher Reibung ersichtüch auf eine sehr niedrige Anzahl vermindert ist.

Um die Reibungswirkung zwischen den Einzeldrähten noch weiter zu vermindern, wird das Kabel vorzugsweise mit einem Schmiermittel, z. B. einem Silikonschmiermittel, oder einem solchen imprägniert, dem Molybdänsulfid einverleibt ist.

Es leuchtet sonach ein, daß sich mit der Erfindung die empfindlichsten Teile, die die ersten Elemente der vollständigen Kabelkonstruktion bilden, in einzigartiger Weise dadurch geschützt sind, daß sie derart angeordnet sind, daß die Kräfte, die zwischen den Einzeldrähten selbst wirken, verteilt werden. Diese Vorzüge werden ohne zusätzliche Kosten und ohne Opfer der anderen wünschenswerten physikalischen oder elektrischen Eigenschaften eines solchen Leiters erzielt, lediglich durch eine vorgewählte Anordnung der Verdrillungsrichtung der Unterelemente (Litzenleiter) des Kabels.

Die neuen Kabel können, falls erwünscht, eine größere oder kleinere Anzahl von Litzenleitern und/oder peripheren Lagen enthalten, und ebenso können die Maße sowie die Anzahl der Einzelleiter in jedem Litzenleiter ebenfalls gemäß den Betriebsbedingungen geändert werden, wobei aber jeweils ohne Rücksicht auf solche Änderungen einander folgende Litzenleiter jeder peripheren Lage abwechselnd umgekehrte Drallrichtung haben. Eine Kabeleinheit der offenbarten Eigenart läßt sich auch als ein Kabel der »Seile« eines größeren Kabels verwenden, wobei jedes solches Seil vorzugsweise gegen die anderen Seile des Kabels mittels einer oder mehr reibungsmindernden Hülsen und/oder Trennmittel gemäß der bekannten Praxis isoliert sind.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrisches Schweißkabel mit einer Mehrzahl von parallel verlaufenden und eng aneinander liegenden Litzenleitern, die aus miteinander verdrillten Einzeldrähten aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte derjenigen Litzenleiter, die im Kabel benachbart sind, eine entgegengesetzte Drallrichtung aufweisen.

2. Schweißkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Einzeldrähten bestehenden Litzenleiter lagenweise um einen Kernleiter herum angeordnet sind und benachbarte Litzenleiter der gleichen Lage jeweils verschiedene Drallrichtungen haben.

3. Schweißkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage eine gerade Anzahl von Litzenleitern etwa gleichen Durchmessers enthält.

4. Schweißkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel, unter dem die Einzeldrähte zu Litzenleitern mit verschiedenen Drallrichtungen verseilt sind, innerhalb aller Lagen und der Lagen untereinander gleich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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