DE1177228B - Verfahren zur Herstellung elektrischer Leitungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIb

Deutsche Kl.: 21c-3/01

Nummer: 1177228

Aktenzeichen: A 36028 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 15. November 1960

Auslegetag: 3. September 1964

Zur Herstellung elektrischer Leitungen, bestehend aus einzelnen gut leitenden Metallstäben, die in bestimmten Abständen voneinander mit oder ohne Isolierung in eine aus Kies, Sand Zement und Wasser bestehende gemeinsame Isolierbetonmasse eingebettet sind, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Insbesondere ist es bekannt, die Isolierbetonmasse während der Fertigung oder dauernd von einem äußeren Mantel zu umgeben und zum Abbinden einige Stunden lang der freien Luft auszusetzen sowie danach zur Durchhärtung in eine feuchtigkeitshaltige Umgebung, z. B. Wasser, zu bringen und anschließend einem Trockenprozeß zu unterwerfen. Beispielsweise setzt man die Mischung während des Einbringens der Leiter zunächst der freien Luft aus, um zum Abbinden alsdann den Beton in eine feuchtigkeitsgeschwengerte Umgebung zu bringen und schließlich zu trocknen. Bei den bekannten Verfahren ist einerseits die Härte des Betons und andererseits die Durchschlagsfestigkeit (Isolationswirkung) nicht befriedigend. Insbesondere stört, daß die mechanischen und insbesondere die elektrischen Werte sich über längere Zeiträume und bei unterschiedlichen Umweltbedingungen verändern.

Die Erfindung hat sich die Auflage gestellt, ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Leitungen des beschriebenen Aufbaus anzugeben, das es ermöglicht, derartige elektrische Leitungen herzustellen, die nicht nur befriedigende, sondern vor allem auch über lange Zeiträume und selbst bei unterschiedlichen Umweltbedingungen gleiche mechanische und elektrische Eigenschaften besitzen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Leitungen, bestehend aus einzelnen gut leitenden Metallstäben, die in bestimmten Abständen voneinander mit oder ohne Isolierung in eine aus Kies, Sand, Zement und Wasser bestehende gemeinsame Isolierbetonmasse eingebettet werden, die während der Fertigung oder dauernd von einem äußeren Mantel umgeben ist und zum Abbinden einige Stunden lang der freien Luft ausgesetzt und danach zur Durchhärtung in eine feuchtigkeithaltige Umgebung, z. B. Wasser, gebracht und anschließend einem Trockenprozeß unterworfen wird. Die Erfindung besteht darin, daß dieser Trockenprozeß in zwei Etappen durchgeführt wird, wobei in der ersten Etappe die durchgehärteten, noch feuchten Elemente zunächst wenigstens 24 Stunden lang an der Luft getrocknet werden, während in der zweiten Etappe diese vorgetrockneten Elemente bei einer im Laufe der Trockenzeit allmählich bis auf etwa 120° C ansteigenden Temperatur in einer Trocken-Verfahren zur Herstellung
elektrischer Leitungen

Anmelder:

Applicom, Societe Anonyme, Antwerpen

(Belgien)

Vertreter:

Dipl.-Phys. Dr. W. Andrejewski,

Patentanwalt, Essen, Kettwiger Str. 36

Als Erfinder benannt:

William Barman, Brasschaat (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Belgien vom 7. September 1960 (594 790)

kammer bei Unterdruck, beispielsweise bei 740 mm Quecksilbersäule, vollständig ausgetrocknet werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine elektrische Hoch- und Niederspannungsleitung, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt und zugleich durch Wahl des Verhältnisses Einbettungsmasse zur Masse der Metallstäbe sowie durch Wahl der Zusammensetzung der Einbettungsmasse optimal eingestellt ist, wozu erfüKhmgsgemäß das Volumen der Einbettungsmasse siebenmal so groß ist wie das Volumen der eingebetteten Metallstäbe und die Masse selbst aus annähernd 2 Volumteilen Kies, 1 Volumteil Sand, 1,5 Volumteilen Zement und 1,2 Volumteilen Wasser zusammengesetzt ist und die Wassermenge nicht mehr als 80% der benutzten Zementmenge beträgt.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die nach dem neuen Verfahren gefertigten Elemente gleichbleibende mechanische und elektrische Eigenschaften besitzen, wobei darüber hinaus große Härte, große Dichte und eine erstaunliche Isolationswirkung gewährleistet sind.

Im einzelnen wird die Erfindung im Zusammenhang mit ihren vorbereitenden Verfahrensschritten in der Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt
Fig. 1 in schematiseher Darstellung die einzelnen Verfahrensschritte eines bekannten Verfahrens zur Herstellung elektrischer Leitungen aus einzelnen gut leitenden Metallstäben, die in bestimmten Abständen

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voneinander mit oder ohne Isolierung in eine aus Kies, Sand, Zement und Wasser bestehende gemeinsame Isolierbetonmasse eingebettet sind.

F i g. 2 bis 5 einzelne vorbereitende Etappen, wie sie beim neuen Verfahren verwendet werden,

Fig. 6 ein Diagramm des Verlaufs der Temperatur während der Dauer der Hitzebehandlung in einer Trockenkammer bei einem Verfahren ohne Anwendung von Unterdruck,

Fig. 7 ein Diagramm der zulässigen Stromdichte in dem nach dem neuen Verfahren hergestellten Leiter für verschiedene Werte des Temperaturzuwachses.

So, wie in schematischer Weise in Fig. 2 dargestellt ist, werden die leitenden Metallstäbe 1 in eine Form 2 eingesetzt, deren inwendiger Querschnitt und Länge dem Querschnitt bzw. der Länge der herzustellenden Leitung entsprechen. Die Metallstäbe 1 können rund oder flach sein oder irgendwelche andere, je nach der bezweckten Anwendung zu bestimmende Querschnittsform aufweisen. Sie können auch mit einem geeigneten, vorher angeordneten Isolierstoff überzogen oder verkleidet sein, dessen Eigenschaften mit den der Isolierbetonmasse vereinbar sind. Dieser Isolierstoff — der übrigens beliebig sein kann — soll so gewählt werden, daß er ein möglichst hohes Isoliervermögen und große Widerstandsfähigkeit besitzt und in hohem Maße undurchdringlich ist und daß sein Dehnungskoeffizient dem des für die Metallstäbe verwendeten Metalls annähernd gleich ist, während dieser Stoff außerdem nur geringen Schwund beim Erhärten, geringe Porigkeit und Unempfindlichkeit vor Temperaturschwankungen aufweisen soll.

Die Form wird vorzugsweise aus flußstählernen Profilelementen gebildet, welche durch Walzen, Ziehen oder Umfalzen von flachen Metallstreifen leicht hergestellt werden können. Vorzugsweise wird diese Umhüllung möglichst einfach und regelmäßig gestaltet und besitzt genügend mechanische Widerstandsfähigkeit, damit sie beim Schütten der die Stäbe umgebenden Isolierbetonmasse als Gußform oder Schalung benutzt werden und dazu den erzeugten Leitungen die nötige Steifigkeit gewähren kann.

Die zweite Stufe des vorbereitenden Arbeitsverfahrens besteht, so wie in der F i g. 3 dargestellt ist, darin, daß die Hohlräume zwischen dem Außenumfang der Metallstäbe 1 und der Innenwand der Form 2 in an sich bekannter Weise mit der Isolierbetonmasse 3 völlig angefüllt und eingestampft werden.

Diese Isolierbetonmasse wird von einem Betongemisch mit hoher Durchschlagsfestigkeit und ohne jegliche hygroskopische Bestandteile gebildet, wobei die Isolierbetonmasse ferner geringe Schrumpfung beim Erhärten, große Dichte, große Reinheit, geringe Porosität, sehr geringe Empfindlichkeit vor Temperaturschwankungen und stoßartigen Temperaturänderungen, Feuchtigkeit und atmosphärischen Korrosionswirkungen aufweist und schließlich einen Dehnungskoeffizienten besitzt, der dem Dehnungskoeffizienten der für die Metallstäbe verwendeten Metalle annähernd gleich ist.

Um allen diesen Bedingungen gerecht zu werden, soll die Isoliermasse aus den nachstehend genau umschriebenen Bestandteilen zusammengesetzt werden. Das Bindemittel besteht vorzugsweise aus einem neutral reagierenden Aluminiumzement, welcher beim Abbinden keinen Kalk ausscheidet.

Der Sand kann verschieden sein, je nachdem es sich um Leitungen für niedrige oder mittlere Spannungen oder um Hochspannungsleitungen handelt. Im ersterwähnten Fall verwendet man reinen Rheinsand, d. h. Sand ohne jegliche organische, kleiige oder metallische Bestandteile; im letzten Fall benutzt man vorzugsweise Steingries oder Quarzsand mit graduierter Korngröße, der von jeglichen Metallteilen befreit ist.

ίο Die Kieskörner müssen unbedingt scharfkantig und von Fremdkörpern, insbesondere von organischen Stoffen und Metallteilen gesäubert sein. Mit Vorteil benutzt man echte Flußsandarten.

Dabei wird der Quarzfelssand wegen seiner großen Härte, seiner hohen dielektrischen Leitungsfähigkeit und seiner Unempfindlichkeit hinsichtlich Säuren und Basen bevorzugt.

Das Mischungsverhältnis ist von der angenommenen Graduierung abhängig. Mit Rücksicht auf die massive Form der in die Isolierbetonmasse versenkten Metallstäbe muß die Korngröße im allgemeinen kleiner sein als diejenige, welche gewöhnlich für die Herstellung von Baubeton benutzt wird.

Eine geeignete Formel für 25 bis 35 mm starke Leitungen ist: 2 Volumteile Kies 2/4, 1 Volumteil Sand 0/2, 1,5 Volumteile Zement und 1,2 Volumteile Wasser, mit der Maßgabe, daß die Wassermenge nicht mehr als 80% der Zementmenge betragen darf.

Im Zusammenhang mit den strengen Anforderungen hinsichtlich der Zusammensetzung der Isolierbetonmasse ist es ebenfalls sehr wichtig, das Verhältnis zwischen dem Volumen der Stäbe und dem der Einbettungsmasse optimal zu bestimmen. Das optimale Mengenverhältnis wird durch die elektrisehen und mechanischen Anforderungen bestimmt, welche zur Gewährleistung der Widerstandsfähigkeit der Leitungen sowie des Schutzes der Metallstäbe erfüllt werden müssen. Bei den von der Anmelderin angestellten Versuchen hat sich herausgestellt, daß es bei der Herstellung solcher Leitungen eine grundsätzliche Anforderung ist, daß die Menge der Isolierbetonmasse, in die die Metallstäbe eingelegt werden, mindestens siebenmal so groß sein soll wie das Volumen der in diese Füllmasse versenkten Metallstäbe.

Dieses Verhältnis stellt ein Minimum dar, welches insbesondere bei Leitungen mit kleinem Querschnitt überschritten werden soll.

Eine weitere Vorbereitung besteht darin, daß die Leitungen in bekannter Weise zum Abbinden der Einwirkung der freien Luft überlassen werden. Um einen erfolgreichen Verlauf der weiteren Bearbeitungen gewährleisten zu können, hat es sich als notwendig erwiesen, das Abbinden an der freien Luft während einer Zeitdauer von etwa 4 bis 6 Stunden vor sich gehen zu lassen.

Danach werden, wie dies in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist, die Leitungen in eine mit Feuchtigkeit gesättigte Umgebung eingeführt. Dieses kann einfach, schnell und wirksam dadurch erreicht werden, daß man die Leitungen z. B. in einen mit Wasser 4 gefüllten Kübel oder Behälter 5 eintaucht.

Dabei soll bemerkt werden, daß diese bekannte Maßnahme des Untertauchens dem während der vorhergehenden Stufe zu erzielenden Abbindens der Isolierbetonmasse eine untere und obere Grenze setzt, da ein zu baldiges Untertauchen, welches also zu kurze Zeit nach Anfang des Abbindungsvorganges erfolgen würde, Verdünnung des Gemisches zur

Folge haben würde, wodurch dieses seine Steifigkeit verlieren würde, während ein zu langes Trocknen an der freien Luft infolge der beim Abbinden frei werdenden Hitze Verdampfung des im Bindemittel vorhandenen Wassers und dadurch Verpulverung dieses Bindemittels herbeiführen würde.

Das Untertauchen soll während der Zeitdauer von wenigstens 15 Stunden fortgesetzt werden, wonach man eine Erhärtung feststellt, die für die Isolierbetonmasse genügt. Man kann diese Erhärtung der Isolierbetonmasse steigern, indem man die so behandelten Elemente noch während einiger Zeit in der freien Luft ruhen läßt. Nach 24 Stunden Aufenthalt in der freien Luft stellt man keinen nennenswerten Fortgang der Erhärtung der Isolierbetonmasse fest.

Eine weitere Etappe des Trockenprozesses des neuen Verfahrens besteht nach der Erfindung darin, daß man, so wie in Fig. 5 schematisch dargestellt ist, mittels einer Hitzebehandlung aus den Leitungen noch die letzten Feuchtigkeitsteile austreibt. Hier erhitzt man die Leitungen 1 bis 3 in einem vollkommen geschlossenen Raum 6 auf eine erheblich über 100° C liegende Temperatur, wobei in den Raum mittels der bei 8 schematisch angedeuteten Luftpumpe, die über die Leitung 7 am Trockenraum 6 angeschlossen ist, ein Vakuum erzeugt werden kann. Der Wasserdampfdruck, der in einem Vakuum von der Größenordnung von 740 mm Quecksilbersäule übrigbleibt, ist sehr gering, so daß dadurch viel höhere Werte des Isolations Widerstandes erzielt werden.

Die Hitzebehandlung im luftleeren Raum bietet außerdem den Vorteil, daß die während der Erhitzung zu erreichende Temperatur niedriger sein kann als bei Erhitzung unter Atmosphärendruck. Bei Behandlung im luftleeren Raum soll die Temperatur etwa 120° C betragen, während bei Erhitzung unter atmosphärischem Druck 150° erforderlich sind. Beim Erhitzen der Leitungen muß man langsam und allmählich vorgehen. Die Wärmezufuhr soll auf die Gesamtlänge jeder Leitung und ebenso auf die verschiedenen im geschlossenen Raum 6 angeordneten Leitungen gleichmäßig verteilt werden. Die schaubildliche Darstellung der Fig. 6 zeigt Kurven, die lediglich für eine unter Atmosphärendruck arbeitende Trockenkammer gelten.

In diesem Schaubild sind die verschiedenen Arbeitstemperaturenwerte in der Ordinatenrichtung eingetragen, als Funktion der Zeitdauer in Stunden, die in Richtung der Abszissenachse eingetragen ist. Die Kurven α und b stellen Grenzwerte dar, zwischen welchen die Temperatur während der letzten Etappe des Verfahrens liegen soll.

Bei Einhalten der verschiedenen aufgeführten Bedingungen kann man zu einer gewerblichen Fertigung nicht nur von Niederspannungsleitungen, sondern auch von Hochspannungsleitungen kommen.

Die elektrischen Eigenschaften der so hergestellten Leitungen sind bemerkenswert: Wie aus der schaubildlichen Darstellung der Fig. 7 ersichtlich, sind die zulässigen Stromdichtewerte in Ampere pro mm² außerordentlich hoch im Verhältnis zu der relativ geringen Erwärmung, die die Leitungen dabei aufweisen. Im Schaubild der F i g. 7 ist der Querschnitt der Leiter in mm² in Richtung der Ordinatenachse eingetragen, als Funktion der Stromdichtewerte in Ampere pro mm², die in Richtung der Abszissenachse eingetragen sind, mit der Maßgabe, daß die Kurven A-B-C sich auf Leitungen mit vier Leitern in einem Mantel von 102X25 mm beziehen, wobei die einzelnen Kurven/I, B und C beispielsweise einer Erwärmung von 30, 40 und 50° C entsprechen, während die Kurven D-E-F sich auf Leitungen mit vier Stromleitern in einem Mantel von 160 X 35 mm beziehen, wobei die einzelnen Kurven D, E und F beispielsweise einer Erwärmung von 30, 40 und 50° C entsprechen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leitungen, bestehend aus einzelnen gut leitenden Metallstäben, die in bestimmten Abständen voneinander mit oder ohne Isolierung in eine aus Kies, Sand, Zement und Wasser bestehende gemeinsame Isolierbetonmasse eingebettet werden, die während der Fertigung oder dauernd von einem äußeren Mantel umgeben ist und zum Abbinden einige Stunden lang der freien Luft ausgesetzt und danach zur Durchhärtung in eine feuchtigkeitshaltige Umgebung, z. B. Wasser, gebracht und anschließend einem Trockenprozeß unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Trockenprozeß in zwei Etappen durchgeführt wird, wobei in der ersten Etappe die durchgehärteten, noch feuchten Elemente zunächst wenigstens 24 Stunden lang an der Luft getrocknet werden, während in der zweiten Etappe diese vorgetrockneten Elemente bei einer im Laufe der Trockenzeit allmählich bis auf etwa 120° C ansteigenden Temperatur in einer Trockenkammer bei Unterdruck, beispielsweise bei 740 mm Quecksilbersäule, vollständig ausgetrocknet werden.

2. Elektrische Hoch- und Niederspannungsleitung, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist, wobei das Volumen der Einbettungsmasse mindestens siebenmal so groß ist wie das Volumen der eingebetten Metallstäbe und die Masse selbst aus annähernd 2 Volumteilen Kies, 1 Volumteil Sand, 1,5 Volumteil Zement und 1,2 Volumteil Wasser zusammengesetzt ist und die Wassermenge nicht mehr als 80 °/o der benutzten Zementmenge beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 927 727, 59 593, 226.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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