DE112014002246T5

DE112014002246T5 - Verfahren zur Herstellung eines Heizkabels und Heizkabel, das nach diesem Verfahren hergestellt ist

Info

Publication number: DE112014002246T5
Application number: DE112014002246.2T
Authority: DE
Inventors: Mario Colpa; Jean-Luc Therisod; Hervé De Franceschi
Original assignee: Bacab SA
Current assignee: Bacab SA
Priority date: 2013-05-01
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2016-01-21
Also published as: CH708026A1; CN105230118B; GB201521107D0; WO2014176706A1; GB2529961B; US11330675B2; CN105230118A; CA2910942C; RU2623107C2; CA2910942A1; RU2015151194A; GB2529961A; KR102195336B1; CH708026B1; KR20160007504A; US20160165666A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizkabel, das für Pipelines bestimmt ist. Abschnitte (11a, 12a und 13a) dreier Phasenleiter (11, 12 und 13) sind jeweils freigelegt. Im Inneren eines Gehäuses (14), das beispielsweise einen zentralen Hohlraum (15) mit rechteckigem Querschnitt aufweist, dessen Tiefe mindestens der Länge der freigelegten Abschnitte (11a, 12a und 13a) entspricht und dessen Länge vorzugsweise größer als der Querschnitt dieser freigelegten Abschnitte der Phasenleiter ist, sind die Abschnitte eingebaut und sowohl befestigt als auch elektrisch miteinander verbunden. Sie sind in dem zentralen Hohlraum (15) mit einem leitenden Bindemittel (16), beispielsweise mit einem Lötzinn, befestigt, um die Befestigung und die elektrische Verbindung zwischen ihnen zu gewährleisten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizkabels, insbesondere für eine Unterwasserleitung vom Typ Pipeline, wobei dieses Kabel eine Gruppe von Phasenleitern, die einzeln voneinander isoliert sind, und ein sternförmiges Anschlussende aufweist, wo die Enden der Phasenleiter miteinander verbunden sind, wobei das Kabel mit einer Isolierhülle verkleidet und spiralförmig um die entsprechende Leitung gewickelt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein elektrisches Heizkabel, insbesondere für eine Unterwasserleitung vom Typ Pipeline, das nach dem oben genannten Verfahren hergestellt ist, wobei dieses Kabel eine Gruppe von Phasenleitern, die einzeln voneinander isoliert sind, und ein sternförmiges Anschlussende aufweist, wo die Enden der Phasenleiter miteinander verbunden sind, wobei das Kabel mit einer Isolierhülle verkleidet und spiralförmig um die entsprechende Leitung gewickelt ist.
Stand der Technik
Es sind bereits Kabel dieses Typs bekannt, bei denen das Anschlussende der Phasenleiter einerseits Schleifen von Phasenleitern, die auf sich selbst gefaltet sind, und andererseits ein leitendes Metallteil zum Crimpen aufweist, das dazu bestimmt ist, gleichzeitig die Schleifen von Phasenleitern untereinander zusammenzucrimpen und die Phasenleiter elektrisch miteinander zu verbinden.
Diese in 1 dargestellte Ausführungsform, die den am nächsten kommenden Stand der Technik zeigt, erzeugt am Anschlussende der Phasenleiter, die in diesem Bereich im Allgemeinen mittels einer wärmeschrumpfenden Hülle isoliert werden müssen, eine erhebliche zusätzliche Verdickung. Diese Hülle ist einerseits schwer anzubringen und andererseits erfordert ihr Anbringen viel Zeit.
Außerdem wird die Sicherheit der Verbindung nicht absolut garantiert, da das Anbringen des Kabels durch spiralförmiges Wickeln um die Leitung erhebliche Beanspruchungen erzeugt, die das Teil zum Crimpen lockern können, was gleichzeitig zu einer schlechten mechanischen Festigkeit und einer schlechten elektrischen Verbindung führen kann.
Schließlich kann die geringste Unvollkommenheit sowohl in Bezug auf die mechanische Festigkeit des Teils zum Crimpen als auch auf die elektrische Verbindung schwerwiegende Folgen haben, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Lebensdauer der Leitungen, die mit Heizkabeln umgeben sind, um die zwanzig Jahre betragen muss und dass diese Leitungen in großer Tiefe am Meeresgrund angeordnet sind, was sie absolut unerreichbar für eine eventuelle Reparatur macht, falls irgendwelche Probleme auftreten.
Die bekannten Lösungen weisen folglich gleichzeitig technische und wirtschaftliche Nachteile auf, so dass ein Verfahren, das im Bereich der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Sicherheit zuverlässiger ist, das zudem den Vorteil einer vereinfachten und schnellen Anordnung des Anschlussendes bietet, bei den Benutzern auf großes Interesse stößt. Die wirtschaftliche Bedeutung einer Zeiteinsparung bei der Vorbereitung des Anschlussendes ist beträchtlich, da dieser Vorgang auf einem Spezialschiff für die Verlegung von Pipelines ausgeführt wird, dessen Stundensatz extrem hoch ist.
Verschiedene Arten von Heizkabeln sind bekannt und werden in Vorveröffentlichungen beschrieben. Die unter der Nummer WO 2010/032017 A1 veröffentlichte internationale Anmeldung beschreibt ein selbstregulierendes Heizkabel, das aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Stromversorgungsleiter gebildet ist. Der erste Leiter ist elektrisch mit dem zweiten Leiter mittels eines ersten elektrisch leitenden Heizelementes verbunden, das einen ersten Widerstandskoeffizienten aufweist. Der zweite Leiter ist elektrisch mit dem dritten Leiter mittels eines zweiten elektrisch leitenden Heizelementes verbunden, das einen zweiten Widerstandskoeffizienten aufweist. Bei der Verwendung sind die drei Stromversorgungsleiter nicht miteinander verbunden.
Das französische Patent Nr. 1.407.180 beschreibt ein Kabel, das für die Landwirtschaft bestimmt ist, das zwei Widerstandsdrähte aufweist, die verschiedene Widerstandswerte für verschiedene Anwendungen und verschiedene an die Drähte angelegte Spannungen aufweisen, die an einem Ende an eine Stromquelle angeschlossen und an ihrem anderen Ende untereinander verbunden sind. Die isolierten Drähte sind direkt im Boden der zu beheizenden Kulturen verlegt.
Darstellung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung sollen alle oben erwähnten Nachteile durch das Erstellen eines preiswerten, wirksamen und zuverlässigen Heizkabels behoben werden, dessen Herstellung stark vereinfacht ist im Vergleich zu den derzeit bekannten Techniken.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren nach der Erfindung, wie es im Oberbegriff angegeben ist, dadurch gelöst, dass ein Abschnitt mit einem freigelegten Ende jedes der Phasenleiter und ein leitendes Bindemittel, das heißschmelzbar und kalt aushärtbar ist, in wenigstens einen zentralen Hohlraum eines Gehäuses eingeführt wird, und dass die freigelegten Endabschnitte der Phasenleiter innerhalb des zentralen Hohlraums des Gehäuses mit Hilfe des Bindemittels verlötet werden, um eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Phasenleitern zu gewährleisten.
Nach einer ersten Ausführungsform wird ein Gehäuse verwendet, das einen geschlossenen Boden hat und dessen mindestens einer zentraler Hohlraum eine Masse des kalt ausgehärteten Bindemittels enthält, wobei das Gehäuse und/oder das Bindemittel, das es enthält, erwärmt wird, um es flüssig zu machen, wobei die freigelegten Endabschnitte der Phasenleiter in das Innere des mindestens einen zentralen Hohlraums eingeführt werden und die Anordnung gekühlt wird.
Nach einer zweiten Ausführungsform wird ein Gehäuse verwendet, das einen geschlossenen Boden und mindestens einen Hohlraum aufweist, wobei die freigelegten Endabschnitte der Phasenleiter in das Innere des mindestens einen zentralen Hohlraums eingeführt werden und wobei eine vorgegebene Masse an kaltem Bindemittel, das zuvor erwärmt worden ist, um es flüssig zu machen, in wenigstens einen zentralen Hohlraum gegossen wird, der die freigelegten Endabschnitte der Phasenleiter enthält.
Zu diesem Zweck kann vorteilhafterweise ein Bindemittel verwendet werden, das aus einer Legierung zum Löten mit Zinn oder aus einer Legierung zum Löten mit Nickel gebildet ist.
Vorteilhafterweise wird ein Gehäuse verwendet, das aus einem elektrisch leitenden metallischen Material hergestellt ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Gehäuse verwendet, das aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt ist.
Diese Aufgabe wird ebenfalls bei dem Kabel, wie es im Oberbegriff beschreiben ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Anschlussende der Phasenleiter ein Gehäuse aufweist, das an mindestens einem Ende offen ist und das mindestens einen zentralen Hohlraum aufweist, dass das Gehäuse zur Aufnahme eines freigelegten Endabschnittes jedes Phasenleiters und einer Masse von heißschmelzbarem und kalt aushärtbarem, leitendem Bindemittel vorgesehen ist, um eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den freigelegten Endabschnitten der Phasenleiter im Inneren des Hohlraums des Gehäuses zu gewährleisten.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Masse von Bindemittel eine Legierung zum Löten mit Zinn oder eine Legierung zum Löten mit Nickel auf.
Das Gehäuse ist vorteilhafterweise aus einem metallischen Material mit einem hohen Leitfähigkeitskoeffizienten hergestellt.
Nach einer ersten Ausführungsform weist das Gehäuse eine gemeinsame zentrale Ausnehmung für die freigelegten Leiterabschnitte auf.
Nach einer anderen Ausführungsform weist das Gehäuse mehrere Ausnehmungen auf, die jeweils den freigelegten Leiterabschnitten zugeordnet sind, die einzeln in den jeweiligen Ausnehmungen verlötet sind.
Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung und ihre Hauptvorteile werden in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlicher werden. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform, die häufig im Rahmen einer Anwendung als Heizkabel für die Pipelines verwendet wird,
2 im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform des Verbindungsbereiches der erfindungsgemäßen Phasenleiter des Kabels und
3 im Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform des Verbindungsbereichs der erfindungsgemäßen Phasenleiter des Kabels.
Beste Ausführungsformen der Erfindung
Derzeit werden die Pipelines mit einem Heizkabel ausgestattet, das spiralförmig auf die Außenseite der Leitung gewickelt ist, das regelmäßig an dieser Leitung mit Flanschen befestigt ist, wobei das Ganze von einer isolierenden Hülle bedeckt ist. Das Heizkabel weist üblicherweise drei Phasenleiter auf, die jeweils an einem Endabschnitt freigelegt und sternförmig verbunden sind. In der Praxis sind die Endabschnitte einzeln über eine gewisse Länge freigelegt, auf sich selbst gefaltet und mit Hilfe eines Crimpstreifens vercrimpt. Aufgrund des Durchmessers der Phasenleiter wird durch die Bildung einer Schleife durch das Zurückfalten eines Leiterabschnittes und das Verbinden dreier ähnlicher Schleifen eine erhebliche Verdickung erzeugt, die die Bedienungsperson vor dem Befestigen auf der Außenwand der Leitung isolieren muss. Die Installation ist allein schon wegen des Vorhandenseins dieser Verdickung geschwächt, die auch die isolierende Hülle schwächt, die um die Pipeline angebracht wird. 1 zeigt schematisch eine Schleife 1 des Phasenleiters 2, der gefaltet und mit Hilfe eines Crimpstreifens 3 vercrimpt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, die Schwächung zu vermeiden und die Verbindung wesentlich effizienter und schneller herzustellen. Der Längsschnitt gemäß 2 und der Querschnitt gemäß 3 zeigen eine Ausführungsform des Anschlusses der erfindungsgemäßen Phasenleiter. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Phasenleiter 11, 12 und 13 jeweils auf Abschnitten 1a, 12a und 13a freigelegt. Diese Abschnitte sind dazu vorgesehen, einerseits eingebaut und mechanisch befestigt und andererseits elektrisch innerhalb eines Gehäuses 14 miteinander verbunden zu werden, das beispielsweise eine Ausnehmung mit rechteckigem Querschnitt aufweist, die mindestens einen zentralen Hohlraum 15 bildet, dessen Tiefe mindestens der Länge der freigelegten Abschnitte 11a, 12a und 13a entspricht und dessen Länge vorzugsweise größer ist als der Querschnitt dieser freigelegten Abschnitte der Phasenleiter. Es kann ein einziger zentraler Hohlraum vorgesehen sein, oder er kann durch Trennwände in mehrere Unter-Hohlräume unterteilt sein. Es ist jedoch unerlässlich, dass die Phasenleiter elektrisch miteinander gekoppelt sind, entweder direkt durch ein leitendes Bindemittel oder durch das leitende Bindemittel und die Wände des Gehäuses, vorausgesetzt, dass das Material, aus dem das Gehäuse hergestellt ist, ebenfalls leitend ist.
Das Gehäuse 14 kann aus einem leitenden Material, beispielsweise einer Kupferlegierung, hergestellt sein. Es kann auch aus einem nichtleitenden Material, beispielsweise aus Keramik oder dergleichen, hergestellt sein. Der Hohlraum 15 dient zur Aufnahme eines leitenden Verbindungsmaterials 16, beispielsweise einer Lötlegierung auf Zinnbasis oder einer Lötlegierung auf Nickelbasis oder dergleichen beispielsweise. Es können zwei Fälle auftreten: Entweder das Bindemittel ist anfänglich im Hohlraum oder in den Unter-Hohlräumen enthalten und es muss zum Schmelzen erwärmt werden, um es aus seinem festen kalten Zustand in seinen flüssigen heißen Zustand zu bringen, oder es wird heiß in den Hohlraum oder die Unter-Hohlräume gegossen, in denen die freigelegten Abschnitte der Phasenleiter zuvor angeordnet worden sind. Im ersten Fall wird das Gehäuse 14 beim Anordnen der freigelegten Abschnitte der Phasenleiter 1a, 12a und 13a bis zum Schmelzen des leitenden Verbindungsmaterials 16 erhitzt, wodurch die Abschnitte fest mit dem Gehäuse 14 verbunden werden können und die elektrische Verbindung zwischen den Phasenleitern gewährleistet werden kann. Im zweiten Fall werden die freigelegten Abschnitte der Phasenleiter 11a, 12a und 13a in die leere Ausnehmung 15 eingeführt und das leitende Verbindungsmaterial 16 wird im flüssigen Zustand nach einem vorherigem Erhitzen in das Gehäuse gegossen, um die Phasenleiter zu befestigen und sie elektrisch miteinander zu verbinden. Die drei Leiter sind nebeneinander angeordnet, und die einzige Verdickung ist die der Wand des Gehäuses 14, die auf ein Minimum reduziert werden kann. Der elektrische Anschluss ist perfekt und die Stabilität der Verbindung ist garantiert.
3 zeigt außerdem eine Isolierhülle 17, die um die Außenwand des Gehäuses 14 angeordnet ist, um die elektrische Isolierung der Verbindung der drei Phasenleiter 11, 12 und 13 zu gewährleisten.
Im dargestellten Beispiel weist das Gehäuse einen gemeinsamen zentralen Hohlraum für die drei freigelegten Leiterabschnitte 11a, 12a, 13a auf. Nach einer Variante kann der Hohlraum 16 in drei Hohlräume unterteilt sein, die jeweils den drei freigelegten Leiterabschnitten 11a, 12a und 13a zugeordnet sind, die einzeln in den jeweiligen Hohlräumen verlötet sind. Da das Gehäuse aus einem leitenden Material besteht, wie beispielsweise einer Kupferlegierung, ist die Qualität des elektrischen Anschlusses der drei Phasenleiter gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann verschiedenen Änderungen oder Varianten unterliegen. Insbesondere können die praktischen Ausführungen an vorgesehene Anwendungen angepasst werden, wobei die verwendeten Materialien dann nach diesen Anwendungen ausgewählt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizkabels, insbesondere für eine Unterwasserleitung vom Typ „Pipeline” wobei dieses Kabel eine Gruppe von Phasenleitern, die einzeln voneinander isoliert sind, und ein sternförmiges Anschlussende aufweist, wo die Enden der Phasenleiter miteinander verbunden sind, wobei das Kabel mit einer Isolierhülle verkleidet ist und spiralförmig um die Leitung gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt mit einem freigelegten Ende (11a, 12a, 13a) jedes der Phasenleiter (11, 12, 13) und ein leitendes Bindemittel (16), das heißschmelzbar und kalt aushärtbar ist, in wenigstens einen zentralen Hohlraum (15) eines Gehäuses (14) eingeführt wird, und dass die freigelegten Endabschnitte (11a, 12a, 13a) der Phasenleiter (11, 12, 13) innerhalb des zentralen Hohlraums (15) des Gehäuses (14) mit Hilfe des Bindemittels (16) verlötet werden, um eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Phasenleitern (11, 12, 13) zu gewährleisten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (14) verwendet wird, das einen geschlossenen Boden hat und dessen mindestens einer zentraler Hohlraum (15) eine Masse des kalt ausgehärteten Bindemittels (16) enthält, wobei das Gehäuse (14) und/oder das Bindemittel (16), das es enthält, erwärmt wird, um es flüssig zu machen, wobei die freigelegten Endabschnitte (11a, 12a, 13a) der Phasenleiter (11, 12, 13) in das Innere des mindestens einen zentralen Hohlraums (15) eingeführt werden und die Anordnung gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (14) verwendet wird, das einen geschlossenen Boden und mindestens einen zentralen Hohlraum (15) aufweist, wobei die freigelegten Endabschnitte (11a, 12a, 13a) der Phasenleiter (11, 12, 13) in das Innere des mindestens einen zentralen Hohlraums (16) eingeführt werden und wobei eine vorgegebene Masse an kaltem Bindemittel (16), das zuvor erwärmt worden ist, um es flüssig zu machen, in wenigstens einen zentralen Hohlraum (15) gegossen wird, der die freigelegten Endabschnitte der Phasenleiter enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel (16) verwendet wird, das aus einer Legierung zum Löten mit Zinn gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel (16) verwendet wird, das aus einer Legierung zum Löten mit Nickel gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (14) verwendet wird, das aus einem elektrisch leitenden metallischen Material hergestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (14) verwendet wird, das aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt ist.
Elektrisches Heizkabel, insbesondere für eine Unterwasserleitung vom Typ „Pipeline”, wobei dieses Kabel eine Gruppe von Phasenleitern, die einzeln voneinander isoliert sind, und ein sternförmiges Anschlussende aufweist, wo die Enden der Phasenleiter miteinander verbunden sind, wobei das Kabel mit einer Isolierhülle verkleidet und spiralförmig um die Leitung gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende der Phasenleiter (11, 12, 13) ein Gehäuse (14) aufweist, das an mindestens einem Ende offen ist und mindestens einen zentralen Hohlraum (15) aufweist, dass das Gehäuse zur Aufnahme eines freigelegten Endabschnittes (11a, 12a, 13a) eines jeden Phasenleiters (11, 12, 13) und einer Masse von heißschmelzbarem und kalt aushärtbarem, leitendem Bindemittel (16) vorgesehen ist, um eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen den freigelegten Endabschnitten (1a, 12a, 13a) der Phasenleiter (11, 12, 13) im Inneren des Hohlraums (15) des Gehäuses (14) zu gewährleisten.
Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse von Bindemittel (16) eine Legierung zum Löten auf Zinnbasis umfasst.
Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse von Bindemittel (16) eine Legierung zum Löten auf Nickelbasis umfasst.
Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) aus einem elektrisch leitenden metallischen Material besteht.
Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht.
Kabel nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen gemeinsamen zentralen Hohlraum (15) für die freigelegten Leiterabschnitte (11a, 12a und 13a) aufweist.
Kabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) mehrere Hohlräume (15) für die jeweils freigelegten Leiterabschnitte (11a, 12a, 13a) aufweist, die einzeln in den jeweiligen Ausnehmungen verlötet sind.