DE1515751A1

DE1515751A1 - Emaillierter verseilter Leiterstrang fuer Rohrkabel

Info

Publication number: DE1515751A1
Application number: DE19621515751
Authority: DE
Inventors: Louis Meyerhoff
Original assignee: General Cable Corp
Current assignee: General Cable Corp
Priority date: 1961-09-18
Filing date: 1962-04-07
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB999424A; US3164669A

Description

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel

Frankfuri/Main-1 .

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General Cable Corporation, Hew York, Ii. Y./U.S.A.

Emaillierter verseilter Leiterstrang für Hohrkabel

Die Erfindung "betrifft einen verbesserten konzentrisch verseilten Kabelleiter für Rohrkabel» sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kabels₀

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Herstellung eines konzentrisch verseilten Kabelleiters, bei dem die einzelnen Kupferleiter halbhart und von den benachbarten Leitern bzw« Drähten mittels eines Emailleüberzugs isoliert sind. Die sich daraus ergebenden erfindungsgemäßen Vorteile werden in der nachfolgenden Beschreibung deutlich.

Ein Kabelstrang, der aus konzentrisch verseilten Drähten in halbhartem Zustand besteht, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte voneinander durch eine Emailleschicht isoliert sind und die Emailleschicht aus einem Haterial besteht, das bei einer niedrigeren Temperatur erhärtet, bei dem die Drähte angelassen werden. Das Material zersetzt sich bei Löttemperaturen und besteht vorzugsweise aus einer Polyurethan-Emaille.

Die Erfindung gibt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines konzentrisch verseilten Kabelleiters an, nachdem die Drähte solange gezogen werden, bis sie halbhart sind, um danach konzentrisch verseilt zu werden; das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß eine Anzahl von Drähten mit Emaille überzogen wird,daß die überzogenen Drähte bei einer Temperatur zum Trocknen der Emaille gebrannt werden, die unter der Glüh- bzw. Anlaßtemperatur der Drähte liegt, daß anschließend die überzogenen Drähte mit nicht überzogenen Drähten zur Herstellung des Kabels verseilt werden, bei dem die einzelnen Drähte von benachbarten Drähten durch einen dazwischenliegenden Emailleüberzug isoliert sind;

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das Material für den Emailleüberzug ist so ausgewählt, daß es unterhalb der Temperatur erhärtet, bei der der Draht angelassen wird, und daß es sich bei Löttemperatur zersetzt; das Material ist vorzugsweise Polyurethan.

Durch diesen Aufbau wird die beim Einziehen langer Stücke des fertigen Kabels in eine Rohrleitung erforderliche Zugfestigkeit gewährleistet. Das konzentrisch verseilte Kabel, bei dem jeder Draht von dem anderen isoliert ist, beseitigt die Eigenkapazitätswirkung. Wenn das konzentrisch verseilte Kabel in einem Stahlrohr untergebracht ist, bleibt der Skin-Effekt im wesentlichen in der gleichen Größenordnung wie bei einem Kabel in Luft; der Eigenkapazitätseffekt bleibt im Gegensatz zu Kabeln mit segmentförmigen Leitern Hull, deren Skin- und Eigenkapazitäts-Effekt annähernd doppelt so groß wie die Werte bei Luft sind, wenn sie in einem Stahlrohr untergebracht sind. Der kumulative Skin- und Eigenkapazitätseffekt des konzentrisch verseilten Leiters in einem Stahlrohr liegt in der gleichen Größenordnung wie bei einem segmentförmigen Leiter in der gleichen Umgebung. Ferner ist der kumulative Skin- und Eigenkapazitätseffekt eines emaillierten konzentrisch verseilten Deiters wesentlich geringer als bei nach üblicher Weise konzentrisch verseiltem Kabel, bei dem blanker Draht verwendet wird, wenn es in einem Stahlrohr untergebracht werden soll.

Nach dem Kabelherstellungsverfahren werden die Drähte aus Kupfer soweit verformt, bis sie sich in einem halbharten Zustand befinden. Dieser Härtegrad wird durch geeignete Auswahl der Zieharbeitsgänge erreicht. Jeder Draht wird mit Emaille überzogen, vorzugsweise Polyurethan-Emaille und bei einer Temperatur getrocknet bzw. gebrannt, bei der der Draht noch nicht weichglüht. Die Drähte werden demzufolge beim Trocknen bzw. Brennen des Emailles nicht angelassen oder v/eichgeglüht, sondern bleiben in ihrem halbharten Zustand, damit sie die für die bestimmte technische Anwendung erforderliche Zugfestigkeit behalten.

Die Drähte können dann zur Herstellung des Kabelleiters verseilt, das Kabel in üblicher Weise isoliert und in eine Stahlröhre ein-

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gezogen werden. Die Emaille isoliert benachbarte Drähte, um das gewünschte elektrische Verhalten zu gewährleisten, und verhindert eine Berührung des Kupferdrahtes mit dem Isolieröl, um dessen Haltbarkeit sicherzustellen.

Da die Verringerung des Eigenkapazitäts-Effektes und des okin-Effektes schon durch eine Isolationsabdeckung zwischen benachbarten Drähten herbeigeführt werden kann, reicht es aus, nur die Drähte zu überziehen, die in dem zusammengestellten Kabel einander berühren. Die tatsächliche Ausführung eines Leiters mit 127 Drähten kann folgendermaßen aussehen:

Mitteldraht blank

6-Draht-Schicht - sämtliche Drähte emailliert

12-Draht-Sehicht - abwechselnd blank und emailliert

18-Draht-Schicht - sämtliche Drähte emailliert

24-Draht-Schicht - abwechselnd blank und emailliert

30-Draht-öchicIit - sämtliche Drähte emailliert

36-Draht-Schicht - abwechselnd blank und emailliert

Um die schädliche Einwirkung von Kupfer auf öl mi umgehen, können die Drähte aus Aluminium, verzinntem Kupfer oder aus Kupfer bestehen, das mit einer Blei-Zinn-Legierung überzogen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Pig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines gemäß der Erfindung hergestellten Kabels.

Fig. 2 zeigt schewatisch das Verfahren zur Emaillierung der Drähte.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der bei der Herstellung eines derartigen Kabels verwendeten Anlage.

In Figur 1 ist ein Kabelleiter 10 mit einer Anzahl von einzelnen Drähten 12 dargestellt, die in üblicher Weise verseilt sind, um einen konzentrisch verseilten Leiter zu bilden. Die Drähte 12

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bestehen^fupfer im halbharten Zustand, so daß der Leiter die erforderliche Zugfestigkeit besitzt, um den Beanspruchungen beim Einziehen des Kabels in eine Röhre gewachsen zu sein. Da große Kabellängen in eine Röhre eingezogen werden müssen, z. B. eine Länge von 3 000 Fuß (= 914 m), ist der halbharte Zustand der Leiterdrähte für die erforderliche Zugfestigkeit von wesentlicher Bedeutung.

Die einzelnen Drähte sind voneinander durch einen Emailleüberzug isoliert. Diese Emaille ist vorteilhafterweise Polyurethan-Emaille, die vor der Verseilung zu einem Kabelleiter auf die Drähte aufgebracht wird. Die Polyurethan-Emaille wird zur Trocknung gebrannt. Die Brenntemperatur wird jedoch unterhalb der Anlaßtemperatur des Drahtes gehalten, um den halbharten Zustand des verseilten Drahtes aufrechtzuerhalten.

Die Verseilung geschieht auf ähnliche Weise wie bei üblichen konzentrisch verseilten Leitern mit blanken Drähten. Die elektrische Leistungsfähigkeit der emaillierten Kabel gemäß der Erfindung ist jedoch den üblichen konzentrisch verseilten Leitern überlegen und im wesentlichen den bekannten segmentförmigen Leitern gleichwertig, wenn sie in einer Stahlröhre eingezogen sind.

Das in üblicher Weise konzentrisch verseilte Drahtkabel besitzt einen hohen Skin- und Eigenkapazitätseffekt. Ein segaentförmiges Drahtkabel (d. h. 4 Segmente) verringert ä«R sowohl den Skin- als auch den Eigenkapazitätseffekt ahf annäherungsweise 40 % der Werte bei einem konzentrischen Drahtkabel in Luft. Wenn das segmentförmige Drahtkabel in einer Stahlrohre betrieben wird, verdoppeln sich die Werte gegenüber denen in Luft.

Im Fall eines emaillierten konzentrisch verseilten Kabelleitera gemäß der Erfindung bleibt der Skin-Effekt der gleiche wie bei dem üblichen konzentrisch verseilten Kabel, während jedoch der Eigenkapazitätseffekt beseitigt ist. Innerhalb einer Jtahlröhre wird darüber hinaus der ukin-Effekt des emaillierten konzentrisch verseilten Kabels nicht erhöht. Innerhalb einer Stahlröhre liegt der kumulative Skin-Eigenkapazitäts-Effekt bei einem emaillier-

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ten, konzentrisch verseilten Kabel in derselben Größenordnung wie bei einem segmentförmigen Kabel.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß die Polyurethan-Emaille bei einer Temperatur gebrannt werden kann, die niedriger als die Anlaßtemperatur für die einzelnen Drähte liegt, besitzt diese Emaille den wesentlichen Vorteil, daß sie sich bei einer Temperatur in der Größenordnung eines geschmolzenen Lötmittels (annäherungsweise 600 I^s) zersetzt und die Teile des zersetzten Materials eine flußmittelwirkung besitzen. Somit läßt sich der konzentrisch verseilte emaillierte Leiter in einfacher Weise verspleißen und mit üblichen Lötbindungen versehen.

Es ist nicht erforderlich, sämtliche Drähte zu ejfmaillieren. Es müssen nur die einzelnen Drähte voneinander isoliert sein. Beispielsweise kann der Hittelleiter 16 blank sein; sämtliche Drähte 18 der 6-Draht-Schicht sollten emailliert werden; die Drähte 20 in der 12-Draht-Schicht können abwechselnd blank und emailliert sein; sämtliche Drähte 22 der 18-Draht-Schicht sollten emailliert sein; die Drähte 24- in der 24—Draht-Schicht können abwechselnd blank und emailliert sein; sämtliche Drähte 26 in der 30-Draht-Schicht sollten emailliert sein und die Drähte 12 in der 36-Draht-Schicht können abwechselnd blank und emailliert sein. Die blanken Drähte in der 36-Draht-Schicht stellen einen elektrischen Kontakt mit der elektrisch leitenden Abdeckung her, die üblicherweise über dem Kabelleiter liegt. Die Emaille isoliert selbstverständlich das Kupfer in den einzelnen Drähten von dem Öl und verhindert somit die schädliche Einwirkung auf das Öl. Bei derartigen Anwendungen sollten die blanken Drähte aus Aluminium, verzinntem Kupfer oder mit einer Blei-Zinn-Legierung überzogenem Kupfer bestehen, um die Berührung des Kupfers mit dem Öl zu verhindern.

In Figur 2 ist schematisch eine typische Anlage zur Drahtherstellung dargestellt.

Der Draht 28 wird durch eine Matrize 30 auf die erforderliche Dicke gezogen. Dies geschieht üblicherweise in einer Anzahl von

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Ziehgängen mit Zwischenglühungen. Das gesamte Ziehverfahren ist so angelegt, daß sich der Draht in einem halbharten Zustand befindet, wenn er die erforderliche Dicke erreicht hat.

Der Draht läuft durch eine Applikatorvorrichtung 32, in der eine dünne Emailleschicht auf den Draht aufgebracht wird. Die Vorrichtung ist vorzugsweise eine übliche magnetische Drahtemaillierungsmaschine»

Die Emaille muß unterhalb der AnIaßtemperatur des .Drahtes trocknen bzw. erhärten und sich bei Löttemperatur zersetzen, um eine leichte Spleißung des Kabels zu ermöglichen. Zur Zeit erweisen sich für diesen Zweck die Polyurethan-Emaillen am geeignetsten. Die erhältlichen Polyurethan-Emaillen bestehen aus einer Mischung eines gebundenen (blocked) Isozyanat-Kunststoffes, eines Polyesters und eines geeigneten Lösungsmittels. Das gebundene Isozyanat ist ein Anlagerungsprodukt aus drei Mol Toluoldiisozyanat, 1 Mol Hexantriol und 3 Mol Phenol. Der verwendete Polyester besteht aus 2,5 Mol Adipinsäure, 0,5 Mol Phthalsäure und 4 Hol eines Triols. Die Anteile der beiden Komponenten liegen bei 233 Teilen Polyester und 100 Teilen Isozyanat.

Die flüssige Emaille polymerisiert und bildet den Polyurethan-Film bei sofortigem .brennen nach dem überziehen. Das Sperrmittel (blocking agent) des Isozyanat wird bei Temperaturen oberhalb 140⁰C entfernt, worauf die Polymerisation beginnen kann.

Der Draht wird in einem Ofen 34 gebrannt und auf eine Haspel 36 aufgewickelt. Die Haspel besitzt übliche Abmessungen zur Verwendung bei Verseilmaschinen. Die Temperatur muß oberhalb der Trocknungs- bzw. Brenntemperatur der Polyurethan-Emaille, jedoch un-r terhalb der Anlaßtemperatur des Kupferdrahtes liegen. Bei der Verwendung eines für diese Zwecke üblichen ca 7 m langen Ofens mit einer Drahtgeschwindigkeit von ca 4,3 m/min und einer Ofentemperatur von ca 293°G wird ein Draht (Nr. 8 A.w'.G. = 3,26 mm 0) in vier Durchgängen der Ofentemperatur für eine Zeitdauer von etwa 400 Sekunden ausgesetzt.

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Einige handelsübliche Polyurethane enthalten Polyamidmaterial. Derartige Polyurethane lassen sich ebenfalls verwenden, solange die Trocknungs- bzw. Brenntemperatur niedrig ist und die Emaille sich bei der Temperatur des geschmolzenen Lötmittels zersetzt.In dieser Anmeldung soll die Bezeichnung Polyurethane nicht auf die besonders beschriebene Zusammensetzung beschränkt sein, sondern auch die handelsüblichen Polyurethanzusammensetsungen mit der er» forderlichen niedrigen Brenntemperatur und den Zersetzungseigenschaften enthalten.

Der emaillierte Draht kann dann in einer konzentrischen Verseilmaschine nach Figur 3 verseilt werden.

In Figur 3 ist in schematischer Darstellung eine typische Anordnung zur Herstellung eines konzentrisch verseilten Leiters angegeben. Der Mittelstrang 16 wird durch eine konzentrische Verseilmaschine 38 hindurchgeführt, die aus einer Anzahl von Drahtverseilköpfen 40 besteht, um die erforderliche Anzahl von konzentrischen Wicklungen au£ EJupferdraht von den Drahthaspeln 36 auf jedem Kopf auf dem Mittelarafat aufzubringen. J'ecle Haspel 36 kann emaillierten Draht führen. Andererseits kann s;;rt abwechselnden Haspeln, wie oben angedeutet worden ist, clantsi· [■.>-■'.Λ aufgewickelt sein, der aus Aluminium, verzinntem Kupfer oder su. siner Blei-Zinn-Legierung überzogenem Kupfer besteht» Das Überziehen des Kupferdrahtes wird bevorzugt, um zu verhindern, daß blanker Kupferdraht mit Öl in Berührung kommt, was zu einer Beeinträchtigung des Öls führen würde.

Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, den Kabelieiter mit der erforderlichen hohen Zugfestigkeit und mit den wünschenswerten Eigenschaften der einzeln isolierten Drähte herzustellen.

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Claims

Patent ansprüche

1 ο Kabel mit konzentrisch verseilten, harbharten Drähten, d a ■ durch gekennzeichnet, daß jeder Draht von dem "benachbarten Draht durch eine Emailleschicht isoliert ist, daß die Emailleschicht aus einem Material besteht, welches unterhalb der Drahtanlaßtemperatur trocknet bzw. erhärtet und sich bei Lottemperaturen zersetzt.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

daß die abwechselnden Drähte in der äußeren

Drahtschicht blank sind.
3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die abwechselnden Drähte in abwechselnden Verseilungsschichten blank sind.
4-„ Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die blanken Leiter aus Aluminium bestehen.
5. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die blanken Leiter aus mit Zinn überzogenem Kupfer bestehen.
6. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die blanken Leiter aus einer Blei-Zinn-Legierung überzogenem Kupfer bestehen.
7. Kabel nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Material Polyurethan-Emaille ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Ansprüchen 1 bis 7, wobei der Draht durch Ziehen einen halbharten Zustand erlangt und die Drähte konzentrisch verseilt werden, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von Drähten mit einer sich bei Lottemperaturen zersetzenden Emaille überzogen wird,

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daß die überzogenen Drähte zum !Trocknen bzw. Erhärten der Emaille unterhalb der Drahtanlaßtemperatur gebrannt v/erden und daß die überzogenen Drähte mit blanken Drähten zur Herstellung des Kabels verseilt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß sämtliche Drähte emailliert werden,,
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die blanken Drähte Aluminium verwendet wird.
11« Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die blanken Drähte mit Zinn überzogen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die blanken Drähte mit einer Blei-Zinniegierung überzogen v/erden.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die blanken Drähte nur in der äußeren Schicht des Kabels abwechselnd mit emaillierten Drähten verseilt werden.
14. Verfahren nach Ansprüchen 8 bis 13, dadurch g e kennzeichnet, daß die Mehrzahl der Drähte mit Polyurethan-Emaille überzogen wird.

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