DE1177228B - Verfahren zur Herstellung elektrischer Leitungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung elektrischer LeitungenInfo
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Description
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
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
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)
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
409 659/375 8.64 © Bundesdruckerei Berlin
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