DE1803938A1 - Elektrisches Kabel und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

DipWng. Walter Jackisch

Patentanwälte . ___._ K MenzetsfraSs 40

Western Electric Company 18, Okt. 1968

Incorporated

195 Broadway

New York 10007

A 30 755 - sz

Elektrisches Kabel und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit einer die Kabelseele umgebenden, metallischen Mantelschicht« deren an die Schichtlängskanten grenzenden Abschnitte der Inneren bzw. äusseren Umfangsfläche sich überdecken und eine Überlappungsnaht bilden. Derartige metallische Mantelschichten mit Überlappungsnaht werden z.B. bei Fernmeldekabeln angewendet, um das

Eindiffundieren von Wasserdampf in die Kabel- "

seele zu verhindern.

Bekanntlich unterliegen Kabelmäntel aus Kunststoffen wie Polyäthylen einer einseitig gerichteten Wasserdampfdiffusion, wodurch sich Innerhalb des Mantels Feuchtigkeit ansammelt.

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Durch diesen unerwünschten Effekt werden z.B. im Falle von Fernmeldekabeln die Ubertragungseigenschaften beeinträchtigt und unter Umständen Beschädigungen der Kabelseele hervorgerufen. Der Grund für diesen Effekt liegt darin, daß Polyäthylen nur makroskopisch wasserdicht ist, während für molekular verteiltes» in Dampfform befindliches Wasser eine mehr oder weniger starke Durchlässigkeit besteht. Bei Kabeln, die für eine vergleichsweise lange Lebensdauer von etwa 20 bis 40 Jahren vorgesehen sind, und im Falle von Kabeln mit in besonderem Maße feuchtigkeitsempfindlichem Innenaufbau auch für geringere Lebensdauer muss auch der Zutritt von molekularem Wasser verhindert werden.

Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß für das Eindringen von Wasserdampf durch Kunststoffmantel der genannten Art eine durch Veränderungen der Witterungs- und sonstigen Umge» bungsbedlngungen hervorgerufene Dampfdruckdifferenz zwischen der Aussen- und Innenseite des Kabelmantels maßgebend ist. Praktisch ist diese Dampfdruckdifferenz fast immer so gerichtet, daß die einwärts gerichtete Diffusion überwiegt. Erfolgversprechend für eine Abhilfe

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ist daher nur die Anordnung von vollständig dampfundurohlässigen Mantelsohiohten aus geeigneten Metallen. Wenn derartige metallische Mantelsohiohten z.B. aus an die Aussenflache der Kabelseele angeformten Metallbändern gebildet werden, so hängt die Wirksamkeit der Dampfabdichtung wesentlich von dem erreichten Diohtheitsgrad der Nähte und Verbindungsstellen der Bänder ab. Die wirksamste Form der Abdichtung ist demgemäss an sich mit stoffschlüssigen

Metall-Verbindungen erzielbar, z.B. mit Sohweiß- ^

oder Lötverbindungen.

Die Herstellung von Schweiß- und Lötverbindungen bereitet jedoch bei elektrischen Kabeln, insbesondere bei Fernmeldekabeln, einige Schwierigkeiten wegen der Temperaturempflndliohkeit der Bestandteile der Kabelseele. In Anbetracht der hohen Schweiß' und auch Löttemperaturen sind daher durchweg besondere Vorkehrungen gegen Beschädigung der wärmeerapflindlichen Bestandteile erforderlich, während in vielen Fällen derartige Metallverbindungen überhaupt nicht in Betracht kommen. I

Weiterhin 1st es bei Anwendung von metallischen Kabelmänteln für Zwecke der elektrischen Abschirmung gegen aussere Störfelder erwünscht, die Abschlrmungs- und Abdichtungsfunktion

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in einer einzigen metallischen Mantelschicht zu vereinigen. Eine solche Mantelschicht muss im Hinblick auf die Sohirmwlrkungtoohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.Hinsichtlich der verschiedenen Anforderungen bietet Aluminium eine gut® Eigenschaftskombination, Insbesondere auch hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit durch die bekannte Bildung eines schützenden Oxydfilms. Letzterer erschwert bzw. verhindert jedoch ohne besondere Vorkehrungen die Anwendung von Lötverbindungen selbst dort, wo dieser Verbindungsart keine thermischen Schwierigkeiten entgegenstehen.

Zur Überwindung der Verbindungsschwierigkeiten bei aus Aluminium bestehenden Mantelschichten sind bereits zusätzliche Mantelschichten aus besser lötfähigen Metallen bzw. Metallverbundwerkstoffen wie verzinntem Stahl an der Aussenseite einer Aluminium-Mantelschicht verwendet worden. Abgesehen von dem Nachteil des entsprechend mehrschichtigen Aufbaues ergibt sich hierdurch eine erhöhte Festigkeit der Mantelkonstrukthn, die jedoch in. vielen Fällen wiederum nicht erforderlich wäre, so daß eine derartige zusätzliche Mantelschicht aus verzinntem Stahles us Gründen des Aufwandes keine zufriedenstellend® Lösung bietet. Aber auch im Falle erwünschter höherer Festigkeit sind die erhöhten Kosten für verzinnte Stahlbänder

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und die bereits erwähnte Beschädigung gefahr infolge der hohen Löttemßeratur vielfach untragbar.

In gewissemMaße dampfdiohte Verbindungen an metallischen Kabelmänteln können ferner durch Verkleben hergestellt werden, wofür bereits zahlreiche Klebstoffe erprobt wurden. Allgemein kommten sowohl Einkomponenten- wie auch Mehrkomponentensysteme in Betracht. Bekannt ist vor allem die Verwendung von zu der erstgenannten Gruppe gehörenden Kitten und kittartigen Klebstoffen, z.B. Asphalt, für die Abdichtung von Überlappungsnähten an Kabelmänteln. Derartige Klebstoffe sind jedoch nachteiligerweise nicht in einem zur Erzielung höherer Festigkeitswerte ausreichendem Maße härtbar und ergeben ausserdem vielfach keine ausreichende Dampfdichtheit.

Mit einigem Erfolg sind dagegen Mehrkomponentenklebstoffe für den vorliegenden Zweck eingesetzt worden, wobei beträchtliche mechanische Festigkeitswerte und ein ebensolches Maß an Diffusionsdichtheit erzielt wurdet Die Zubereitung und Verarbeitung von Mehrkomponentensystemen gestaltet sich jedoch wegen der erforderlichen Mischarbeitsgänge und der zeitlich begrenzten Verwendbarkeit nach erfolgtem Mischen für die industrielle Anwendung recht umständlich und zeit- sowie

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vorrichtungsaufwendig« insbesondere auch «regen der vielfach erforderlichen, genauen Dosierung der meist in flüssiger Form vorliegenden Komponenten.

Ferner sind bereits mit polymeren Thermoplasten beschichtete Metallbänder zur Herstellung von dampfdichten Kabelmänteln verwendet worden. Derartige Metallbändern werden Üblicherweise in Längsrichtung um die Kabelseele oder einen diese enthaltenden Kabelkern gefaltet und erhalten radial nach aussen abgewinkelte Längskantenabschnitte« die nach der Anbringung des Bandes auf der Käbelseele in Tangentialrichtung zusammengepresst und mit ihren zusammenstoßenden Kunststoffschichten verschweißt werden. Die radial aufrechtstehenden Längskantenabschnitte werden danach in Tangentialriohtung bzw. parallel zur ausseren Umfangsfläshe der so erhaltenen metallischen Mantelsehioht angewinkelt. Das Verschweißen der Längskantenabsöhnitte erfolgt zum Teil auch unter Ausnutzung der Wärme eines auf die metallische Mantelschicht extrudieren bzw. aufgespritzten, thermoplastischen Kunststoff mantels. Die angewinkelten Längskantenabschnitte des Matallbandas haben bei einer derartige! Ausführung jedoch eine in ümfangsrishtung stark differierende Wandstärke der Mantelschicht wi@ auch des darüber aufgebrachten Kunststoffmantels

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zur Folge, was sowohl hinsichtlich der Festigkeit s- und Verformungeeigenschaften wie auch der Abdichtung unerwünscht 1st. Insgesamt erweist sich die Herstellung und zuverlässige Abdichtung derart ige r{Kabel mantel mit abgewinkelten Längskantenabsohnitten als sehr viel schwieriger im Vergleich zu der Herstellung von Überlappungsnähten.

Zum Verkleben der Überlappungsnähte können z.B. Mischpolymerisate mit einem polyäthylenartigen Gerüst und angesetzten Carboxylgruppen verwendet werden. Hiermit ergeben sich einwandfreie Metall-

T-Metallverklebungen. Derartige Mischpolymerisate sind auch bereits zum Verkleben von Kabelmänteln aus Polyäthylen mit der Oberfläche von auf die Kabelseele gewickelten Aluminiumbändern verwendet worden. Hierzu wird das Aluminiumband üblicherweise vor dem Bewickeln der Kabelseele, d„h. vor der Bildung der metallischen Mantelschicht, auf seiner ganzen Breite außen mit einem überzug aus dem als Klebstoff vorgesehenen Mischpolymerisat versehen. Durch Extrudieren eines Pol yäthy le.f nmantels über eine aus derartigem Aluminlumband gewickelte Mantelschioht wird *

infolge der Wärme des im Extrudierzustand befindlichen Polyäthylens eins Yerklebungsreaktion zwischen dem Mischpolymerisat der Bandbesohichtung und dem Polyafchylenmant'il ausgelöst. Bei genügender Wärmezufuhr nimmt auoh das Aluminiumband

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selbst eine Temperatur an, bei welcher die Besohichtung im Bereich der Überlappungsnaht verklebt bzw. verschweißt.

Kabel mit geschlossen verklebten bzw. verschweißten Metall-Kunststoffschichten sind trotz ihrer guten Dichtungseigensohaften gegen Feuchtigkeitseintritt mit gewissen Naohteilen behaftet. Ein derartiger Nachteil besteht darin, daß der Polyäthylenmantel bei denUbliohen Spleiß- und Anschlußarbeiten von der aus Aluminiumband bestehenden Mantelschicht abgelöst werden muss, um den für die lückenlose Abschirmung erforderlichen elektrischen Kontakt zwischen den zusammenstoßenden Kabelabschnitten herzustellen. Bei einem vollständig verschweißten oder verklebten Kabelmantel stellt dieses Ablösen des äusseren Polyäthylenmantels eine zeitraubende und vergleichsweise schwierige Arbeit dar, insbesondere bei der Durchführung am Verl^gungsort des Kabels.

Ein anderer Nachteil von vollständig verschweissten Metall-Kunsfoffmänteln beruht auf der zum Abdichten der Überlappungsnähte erforderlichen Wärmezufuhr. Bei einem an seiner Aussenfläche vollständig beschichteten Aluminiumband wirkt der Misohpol-ymerisat-Klebstoff der äusseren Beschichtung als Wärmeisolierung

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und schwächt den Wärmeübergang vom Polyäthylenmantel zum Aluminium stark ab. Um nun trotzdem die zur einwandfreien Abdichtung der Überlappungs-· nähte erforderliche Temperatursteuerung zu erreichen, muss von aussen eine entsprechend erhöhte Wärmemenge zugeführt v/erden, und zwar durch eine über das an sich erforderliche Maß hinausgehend« Erhitzung des Polyäthylenmantels. Hierdurch werden aber wiederum die Lebensdauer und andere wesentliche Eigenschaften des Polyäthylens im Kabelmantels beeinträchtigt, so daß unter Umständen gerade die für den Anwendungsfall erwünschten Materialeigenschaften verlorengehen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines Kabels mit dampfdichter, verklebter Metal!-Mantelschicht, welches bei zuverlässiger Feuchtigkeiteabdlchtung der Kabelseele eine Verbesserung hinsichtlich der erwähnten Nachteile bekannter KabelausfUhrungen bietet. Die ©rfindungsgeraässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Kabel der eingangs genannten Art hauptsächlich dadurch, daß eine an den sich überlappenden und gegenüberliegenden TJnifangsflächi'nabachnitten der metallischen Mantel-Sühieht haftend®, im wesentlichen nichtmetallische und bei Umgebungstemperatur formbeständige Diehtmasse vorgesehen ist, die bei einer vorgegebenen Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur mit den benachbarten Umfangsfläehen-

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abschnitten der metallischen Mantelschicht verklebungsfähig ist, während die ausserhalb des Bereichs der Überlappungsnaht an den Umfangsflachen der metallischen Mantelsohioht vorhandene Dichtroassa auf die der Kabelseele zugewandte Umfangsflache der metallischen Mantelschicht beschränkt ist.

Das zum Erfindungsgegenstand gehörende Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels kennzeichnet sich hauptsächlich durch folgende Verfahrensschritte bzw. Merkmale %

a) aufeinanderfolgende Abschnitte einer Kabelseale werden mit vorgegebener Vorschubgeschwindigkeit über einen Durchlaufpfad geführt;

b) längs aufeinanderfolgender Abschnitte der Kabelseele wird wenigstens ein Metallband mit mindestens einer Überlappungsnaht angeformt und dadurch eine metallische Mantelsehioht mit äusserer und innerer, der Kabelseele zugewandter Umfangsflache gebildet;

s) zwischen die benachbarten und sish im Bereich der Überlappungsnaht deckenden ümfangsfläehenabsohnitte des Metallbandes wird gleichzeitig mit der Bildung dar Überlappungsnaht eine im wesentlichen nichtmetallische Diöhtmasse eingebracht, wobei die Ausbreitung der Dlohfcmass© an den ausserhalb des Bereichs der Überlappungsnaht befindlieiien Umfangsfläshenabsghnittiin des Metall-

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bandes auf dessen Innere» der Kabelseele zugewandte Umfangsflache beschränk wird;

d) durch Aufheizung aufeinanderfolgender Abschnitte der Überlappungsnaht wird die Temperatur der in diesen Abschnitten befindlichen Dichtmasse auf einen vorgegebenen Mindestwert gebracht;

e) die sloh überdeckenden Umfangsflächenabsohnitte des Metallbandes werden im Bereich der auf erhöhter Temperatur befindlichen Abschnitte der Überlappungenaht; genau in ihrer vorgegebenen gegenseitigen Lage und Ausrichtung gehalten.

Eine zweckmässige Ausführungsform dieses Verfahrens sieht vor« daß die in Kabellängsriohtung fortschreitende Erwärmung der Überlappungsnaht durch Extrudieren eines aus thermoplastischen Kunststoff bestehenden Mantels auf die AussenfKche des zur Mantelsohicht geformten Metallbandes erfolgt^ wobei der Kunststoffmantel im Bereioh der aufeinanderfolgend erwärmten Stellen jeweils für eine vorgegebene Mindestdauer auf einer unterhalb der· Extrudiertemperatur liegenden, In Verbindung mit der vorgegebenen

Mindestdauer zum Verkleben der Dichtmasse mit den angrenzenden Oberflächenabsohnitten des Metallbandes ausreichenden Mindesttemperatur gehalten wird. Infolge der Abhängigkeit

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der übertragenen Wärmemenge von der Temperatur und der Zeitdauer der Einwirkung kann eine

vollständige Verklebung bzw. Versohweißung der Dichtmasse in der Uberlappungsnaht mit den angrenzenden Metallflächen durch Anwendung vergleichsweise niedriger Temperaturen des thermoplastischen Kunststoffmantels erreicht werden, indem nämlich ohne Überschreitung der zulässigen Höchsttemperatur eine entsprechend lange Einwirkdauer eingestellt wird. Die Manteltemperatur wird indessen im Interesse eher hohen Durchlauf- bzw. ProduktIonsge- . sohwindigkeit und verminderten Platzbedarfes fUr die entsprechenden Durchlaufstationen einer kontinuierlichen Fertigungsstraße zweckmässlg möglichst hoch angesetzt.

Die erfindungsgemässe Beschränkung der Ausbreitung der Dichtmasse auf den Bereich der Überlappungsnaht und ggf. die der Kabelseele zugewandte Innenfläche der metallischen Mantelschicht bietet den weaentlichen Vorteil, daß eine bei Spleiß- und Anschlußarbeiten aufzutrennende Verbindung zwischen der metallischen Mantelschicht und dem äusseren Kunststoffmantel nicht vorhanden ist. Gleichwohl wird durch die Verklebung der Dichtmasse innerhalb der Überlappungsnaht eine zuverlässige Dampfabdichtung erreicht, so daß auf eine zusätzliche Abdichtung durch Verklebung der metallischen Mantelschioht

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mit dem äusseren Kunststoffmantel verzichtet werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben eich aus der folgenden Besohreibung von Ausführungsbelsptelen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Hierin zeigt

Flg. 1 den Querschnitt eines erfindungsgemässen Kabels in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Herst el ιung8verfahrens,

Figo ein» Teil der Einrichtung gemäss Fig. in perspektivischer Darstellung und grosserera Maßstab,

.Ci

Fig. 4 einen Ausschnitt des ijinrichtungsteiles gemäss Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 5 eine innerhalb der Einrichtung gemäss -

Fig. 2 verwendete Extrudier- und ™

Kühlvorrichtung, wiederum in perspektivischer Darstellung, und

Fig. 6 eine zur Durchführung einer aideren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehenen Einrichtung in schematisch vereinfachter Seitenansicht, während

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Fig. 7/und Fig. 8

je eine abgewandelte Kabelausführung gemäss der Erfindung in perspektivischer Quersohnlttsdarsteliung wiedergeben.

Das in Fig. 1 dargestellte Kabel 20 weist eine Dampfsperre 22 mit einer metallischen Mantelschieht 24 auf, die aus einem in Kabellängsriohtung verlaufenden, rohrförmig um die Kabelseele zusammengebogenen Metallband mit entsprechend in Kabellängsrichtung verlaufender Überlappungsnaht und hierin eingebrachter Dichtmasse 26 besteht. Die innere ümfangsfläche der metallischen Mantelschlecht ist der Kabelseele 30 zugewandt« während an der äusseren ümfangsflache dieser Mantelschicht ein üb®r den Umfang vollständig geschlossener, aus einem polymeren Kunststoff wie Polyäthylen bestehender Aussenmantel 28 vorgesehen 1st. Die Kabelseele ist als übliche Koaxialeinheit mit Innenleiter ;>2, Aussenleiter j56 und isolierenden Distanzseheiben 34 ausgebildet, wobei die Leiter z.B. aus Kupfer bestehen. Übliche Abmessungen sind 9,5 mm für den Nenndurchmesser der Koaxialeinheit, 0,5 mm für die Wandstärke des Aussenleiters und 11 mm für den Aussendurehmesser der Koaxialeinheit, deren Umfang zweigängig mit Stahlbändern 58 von 12,5 mm Breite und 0,15 mm Stärke bewickelt ist. Die Bistanssscheiben 3^ bestehen z.B. ebenfalls aus

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BAD ORSGlNAL.

Polyäthylen. Derartige Kabel werden häufig

ale Speiseleitungen für Breitbandantennen in örtlichen Fernsehanlagen verwendet« wobei eine KabelausfUhrung mit vergleichsweise billiger

Ummantelung und gleichwohl guter elektrischer Abschirmung wie auch Feuchte« und Dampfdichtheit

verlangt wird, letzteres unter Berücksichtigung der starken Empfindlichkeit der Breitband-

Übertragungseigenschaften von Koaxialkabeln

gegen Feuchtigkeit. Die Dampfsperre 22 erfüllt mit ihrer metallischen Mantelschicht 24 diese

Dichtfunktion und wirkt gleichzeitig als _Λ

elektrische Abschirmung, weshalb die Herstellung ™

aus einem durchgehenden Aluminiumband entsprechend hoher Leitfähigkeit und etwa 0,2 mm Stärke erfolgt.

Kupfer-, Bronze- und andere leitfähige Metall-

bänder kommen ebenfalls in Betracht.

Wesentliche Bedeutung kommt den Abmessungen der bandförmig im Kabelaufbau angeordneten Dichtsmasse 26 zu, da der eindiffundierende Mengenstrom von Wasserdampf proportional zum Querschnitt und umgekehrt poportional zur Länge des Diffusionspfades ist. Erfindungsgemäss bilden daher die

Längskantenabschnitte der Mantelschicht 24 λ

eine Uberlappungsnaht 4o, wobei die Dichtmasse 26 mit vergleichsweise geringer Schichtdicke und großer Umfangsbrelte zwischen den benachbarten inneren bzw. äusseren Umfangsflächen-

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abaehnitten .der Mantelschicht 24 angeordnet »asl mit diesen verklebt bzw. verschwelst 1st. SIe-Sperrfähigkeit der Dichtmasae nimmt mit der Umfangsbreite .der bandförmigen Lage zu, weshalb die Abmessungen im Einzelfall unter Berücksichtigung des.Kostenfaktors festgelegt werden.

Beispielsweise kommen Abmessungen von 0^05 für die diohtdioke und 0,5 nm^für die tJtafengs

breite der Dlohtlage bei ebensolcher lnfangsbreite der Uberlappungsnaht 40 in Betracht.

Ein Ausführungsbe%>iel des erfindungsgemlssen Herstellungsverfahrens wird unter Bezugnahme auf die in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Einrichtung erläutert. Der Einfachheit halber ist hierbei, das die metallisohe Mantelschicht bildende Metallband ebenfalls mit dem Bezugszeichen 24 versehen.

Im folgenden wird zunächst kurz der Aufbau der Einrichtung beschrieben» Zunächst ist eine PaIteinrichtung 42 für das Zusammenbiegen des In Kabellängsrichtung zugeführten Metallbandes 24 zur rohrförmigen Mantelsohieht- vorgesehen, (s. auch Fig. 3). Die Faltelnriohtung ist auf einem Sockel 44 mit einstellbarer Kantenführung 45 für das einlaufende Metallband 24 angeordnet. Letzteres durchläuft anschli@ssend zusammen mit der Kabelseele JO über Formwalzen 48 zu

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einer an einem Halter 50 befestigten Formdüse 46 #in der das rohrförmige Zusammenbiegen des Metallbandes über dem Umfang der Kabelseele j50 und die Bildung der Überlappungsnaht 40 abläuft. Vor der Formdüse wird der Überlappungsnaht die Dient nasse in Form eines Klebstoffbandes 64 von einer Vorratsspule 62 zugeführt. Letztere ist an einem Wechselhalter 60 gelagert. Das Klebstoffband 64 gelangt Über eine Einlauf» führung 52 mit einstellbarem Kalter 71 in der vorgegebenen Umfangsstellung zwischen die Längskantenabschnitte des Metallbandes 24 innerhalb der Überlappungsnaht. Ansohlieseend läuft das mit der Mantelschicht versehene Kabel noch durch einen Nahtformer 54 und einen an einer Sohwenkhalterung 58 befestigten Querschnittsformer 56 und abschllessend durch ein Kaliber 59· Der im Bebpielsfall mit zwei Vorratsspulen angedeutete Wechselhalter 60 ermöglicht einen kontinuierlichen Durchlaufbetrieb.

Der Aufbau der Formdüse 46 mit den zugehörigen Vorrichtungstellen ergibt sich im einzelnen

aus Fig. 4. Danach greift der Endabschnitt 66 λ

der Einlaufführung 52 mit dem Klebstoffband 64 zwischen die Kantenabschnitte eines Überlappungsteiles 68 der Formdüse 46 ein und bestimmt dadurch die Umfangsstellung des Klebstoffbandes bzw« der Dichtmasse. Der Endabsohnltt 66 der

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Einlaufführung weist eine zur Kabellängsriehtung abgeschrägte, parallel zur überkamt© 70 der Formdüse 46 verlaufende Seitenkante 69 auf» 'Diese Ausbildung ermöglicht den Singriff der Einlaufführung in den Überlappungeabschnitt äer Formdüse, ohne'die glelchraässige KrÜranung des Metallbandes. 24 in Umfangsriohtung au beeinträchtigen.

Yorzugsweise wird ein thermoplastischer Klebstoff als Dichtmasse verwendet, im Hinblick auf die erforderliche Dampfdiohtlieit koiimea vor' allem" ■die in der Einleitung erwähnten Mischpolymerisate In'Betracht» Derartige Klebstoffe bzw. Dichtfflass<aii ^we3? iuB» durch Mischpolymerisation von Äthylen und Acrylsäure hergestellt und' weisen ein polyäthylenartiges Gerüst mit angesetzten. Carboxylgruppen auf, welch letztere als reaktive Komponente bei der Verklebung wirken» während im übrigen die physikalischen Eigenschaften von Polyäthylen erhalten feisifesnu Auch andere Polymerisationsprodukte' mit '^i-rbossylgruppen kommen zur Bildung von liosSifesten Metall-Kunststoffklebverbindungen in Betracht, z.B. durch Polymerisation von monomeren Kohlenwasserstoffen wie Äthylen oder Propylen mit Estern oder Ketonen gebildete Polymerisate.

Gemäss Fig. 2 folgt auf die Falteinrlchtung 42 ein Extruder 72, in welchem ©in aus Polyäthylen bestehender Mantel 28 über der Dampfsperre 22 mit

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der durch das Metallband 24 gebildeten Mantelschicht aufgespritzt wird. Das geschmolzene Polyäthylen verlässt den Extruder bei einer Temperatur zwisohen 190⁰ C und 245⁰C, wobei jedoch zwecktnässig ein eingeschränkter Temperaturbereich von 220°C bis 252⁰C eingehalten wird. Diese Temperaturen reichen bei entsprechender durchlaufgeschwindigkeit für die Erhitzung der Dichtmasse 26 durch Wärmeleitung über die metallische Mantelschioht undfzur Herstellung einer dichten, hochfesten Klebverbindung zwisohen der Dichtmasse und den benachbarten ümfangsflächenabschnitten der metallischen Mantelsohioht im Bereich der Uberlappungsnaht 40 aus.

Die Schiohtstärkte der Dichtmaaae wäre im Hinblick auf die Dampfdlohthelt an sich möglichst gering zu halten. Andererseits sind jedoch gewisse Mindestwerte der Schiohtstärke zur Erzielung einer ausreichend festen Metall-Kurfbstoffverbindung sowie auch zum Ausgleich von Formabweiohungen der sich überlappenden Kantenabschnitte der metallischen Mantelschicht erforderlich. Schichtstärken von 0,05 mm haben sich in der Praxis als vorteilhafter Kompromiss erwiesen. Der Umfangsbreite der Dichtlage bzw. des Klebstoffbandes 64 sind im wesentlichen nur fertigungstechnische Grenzen gesetzt. In der Praxis haben sich Dichtlagen von geringerer Umfangsbreite mit einwandfreier Kunststoff-Metallverbindung gemäss der

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Erfindung gegenüber breiteren Oiclitlagea mit zweifelhafter Verbindung als tlfeerlegen erwiese»» Umfangsbreiten von 9,5 mm sind im allgemeinen völlig ausreichend·

Wichtig 1st die Yenieldiang Ubermäselger Erwärmung der ebenfallsjaus Polyäthylen, d.h. thereoplastlsehen Dlstanzsoheiben j54 durch Wärmeübergang von dem auf Extrufliertemperatur befindlichen Mantel 28» Zweckmlssig wird daher* eine vergleichsweise rasche Abkühlung herbeigeführt, z.B. durch Aufsprühen von Kühlwasser mit einer Temperatur von etwa IQ⁰C nach der Herstellung, der Klebverbindung innerhalb der Uberlappungsnaht. Bei der Einrichtung gemäss Pig» 2 ist hierfür eine maohgesohaltete*, im einzelnen in Fig. 5 dargestellte Kühlvorrichtung 74 vorgesehen» die eine eröseere Anzahl von aufeianderfolgend angeordneten KUhI-waaserdüisen 76 mit entsprechenden Zuleitungen 78 sowie mit einer nicht dargestellten Kühlwasser-Tauchstreck® vorgesehen» Für gängige Änwendungs« fälle kommen z.B. folgende Baten ia Betracht1 . Wandstärke der Dampfsperre etwa i„2 mm» Extrudierteraperatur des Mantels 28 etwa 224⁰C, Durchlauf- ©trecke in Luft von Umgebungstemperatur zwiaehei Extruderausgang und Kühlvorrichtung etwa 60 cm. Kühl wassertemperatur etwa 10⁰C₁, Durchlauf geschwindigkeit des Kabels etwa 0,25 m/sec. Bei einer Wandstärke der Dampfsperre von' 1,9

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wurde bei einer abgewandelten AuafUhrunggform mit einer Extrudiertemperatur von wiederum 224 C und ebenfalls gleicher Durchlaufgeschwindigkeit von 0,25 m/see und unveränderter Kühlwassertemperatur von 10⁰C eine Luftdurohlauf strecke von etwa J5Q cm angewendet. Ohne Einschaltung der erwähnten Luftstrecke zwischen Extruder und Kühlvo&chtung ergaben sioh in der Praxis bei den genannten Verfahrensdaten Bindungsfehler . innerhalb der Überlappungsnaht, die auf eine ungenügende Wärmeeinwirkdauer zurückzuführen

sein dürften. Im übrigen wurde festgestellt, daß %

selbst bei einer Olehtmasse mit einem empfohlenen Verklebungs-Temperaturbereich von 178° C bis 205⁰C noch bis herab zu 94⁰C einwandfreie Verklebungen mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt wurden.

Wesentlich für eine einwandfreie Verklebung 1st ferner die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Pressung der Dichtmasse innerhalb der Überlappungsnaht, so lange sloh die Dichtmasse auf erhöhter Temperatur befindet, wobei der

Druckwert von Werkstoff und Abmessungen des *

Metallbandes 24 bzw. der Mantelschicht abhäng £..,. Im Falle einer vergleichsweise formsteifen Kabelseele konnte bei einer Stärke des Metallbandes von 0,2 mm durch die Verformung in der FaItelnrichtung in Verbindung mit der allerdings t. vergleichsweise geringen radialen Anpressung

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infolge des aufgespritzten Mantels 28 sowie durch Anwendung von Unterdruck im Kabelinnenraum am Ausgang des Extruders eine ausreichende Pressung sichergestellt werden. Der Unterdruck kann mit einer an dem Extruder angebrachten« nicht dargestellten Fumpelnrichtung an sich üblicher Art erzeugt werden. Stattdessen kann ggf. auch eine übliche Druckextrudierung angewendet werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird die Verklebung der Dichtmasse mit den Metallflächen innerhalb der Überlappungsnaht 40 bei einejfai Kabel gemäss Fig. 1 mit Hilfe einer besonderen Vorrichtung unabhängig von dem Aufspritzen eines thermoplastischen Kunststoffmantel bewirkt. Die Formgebung der Mantelsehleht aus einem Metallband 24 erfolgt Λη gleicher Weise wie bei der Ausführung Bneh Fig. 5 und ist in Fig. 6 nicht mehr dargestellt. Für die Erwärmung und Verklebung der Dichtmasse ist hier eine Xndukt.Lons-Heizvorrichtung 8O vorgesehen, welche von der mit dem Metallband bzw. der Mantelschicht 24 versehenen Kabelseele 30 kontinuierlich durchlaufen wird. Das Kabel läuft unter einer Mehrzahl von PreSschuhen 84 mit Druckvorrichtungen 82 und Heizspulen 86 hinduroh« welch letztere an einen Speise-

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transformator 8o angeschlossen sind. Die Kartenabschnitte der metallischen Mantelsohioht werden hierbei im Bereich der Überlappungsnaht duuren Wirbelstrominduktion erhitzt und bringen die Dichtmasse zur Verklebung. Die vorangehend diskutierten Temperaturgrenzen und sonstigen Verfahrensbedingungen zur Erzielung einer einwandfreien Verklebung bei gleichzeitiger Sicherung der Kabelseele gegen überhitzung lassen sich bei einer solchen Einrichtung mit Hilfe üblicher Hegelvorrichtungen aufrechterhalten. Am Ausgang der Heizvorrichtung ist eine Sprühwaaser-Kühlvorrichtung 90 angeordnet, welche ^

diejUberlappungsnaht mit der Dlchtmassejunter Aufreohterhaltung eines Anpressdrucks zur Verfestigung abkühlt. Ein äusserer Kunststoffmantel wird sodann in üblicher Welse aufgebracht. Ein besonderer Vorteil dieser zweistufigen Verfahrensweise mit von dem Verkleben der Dichtmasse unabhängiger Aufbringung des äusseren Kunststoffmantels ist die Möglichkeit einer eingeschalteten Fehlerprüfung bezüglich der Dichtheit der Überlappungsnaht. Ein hierfür geeignetes Prüfverfahren und eine entsprechende Prüfeinrichtung3ind z.B. in der USA-Patentschrift 2 988 917 beschrieben. Eine derartige PrUfein- I

richtung, die mit einer Verformung des durchlaufenden Kabels mittels einer Druckwalze 96 und einer naehgeordneten elektrischen Heftvorrichtung 94 arbeit ist in Flg. 6 schematisch

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angedeutet· Etwaige Fehlerstellen in der Kleb» verbindiing werden hiermit vor den Aufbringen des Kunststoff mantels festgestellt _# so 6a0 Aw Durchlauf prozess unterbrochen und enteproohesiide Nacharbeiten durchgeführt werden können. Die Heizvorrichtung wird währenddessen mit Hilf· üblicher Steuereinrichtungen eteeeeettaltet«,

Eine and«r© Möglichkeit zur Prüf Hing der Klebverbindung 1st die Unterdruokaetsung eines ULt der metallischen Mantelschicht versehenen Abschnitts der Kabele·«!·, der hierfür tor dem Aufbringen des Kunststofffnantels s.B« in entsprechender Länge aufgespult und an beiden Baien abgedichtet .wird. Dujrott Füllen der Kabeleeele mit trockenem Stickstoff oder Luft von etwa 0,84 atu und Messen eines etwaigen Druokabfala nach einer Wartedauer von z.B. 24 Stunten ldfnnen vorhandene ündiohtheiten und Verbindungefehler mit hoher Empfindlichkeit festgestellt und vor der Weiterverarbeitung durch nachträgliches Einbringen von geschmolzener Dlohtmasse beseitigt werden. Die L®ckprUfun.g selbst kenn mit- Hilfe üblicher Vorrichtungen durchgeführt werden^ z.B. in einfacher Weise durch Eintauchen in eine Flüssigkeit und Beobachtung entweichender Oasblasen*

Die vom Aufspritzen des Kunststoffmanteie unabhängige Bildung» Abdichtung und Überprüfung

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der metallisohen Mantelsohioht mit der Überlappungsnaht bietet die Möglichkeit einer Unterbrechung und Wiederaufnahme des Durchlauf-Prozesses ohne Beeinträchtigung des nachfolgenden Sxtrudlervorganges« Andererseits kann« wenn eine solche Unterbreohungsmugliohkeit nicht gewünscht wird, in der anfangs erläuterten Weise mit kontinuierlichem Durohlauf und Herstellung der metallisohen Mantelschioht einschließlich Uberlappungsnaht sowie Aufspritzen des Kunststoffmantels in einer entsprechend zusammengefassten Durohlaufstatlon gearbeitet werden. Auch hierbei bietet sloh die Möglichkeit der FehlerprUfung beim Durchlauf zwischen der Herstellung der Mantelsohioht und dem Aufspritzen des Kunststoffmantels, wobei auftretende Fehlerstellen jedooh nur in geeigneter Weise markiert und nach dem Durchlaufen des Extruders in - allerdings umständlicherer Weise - ausgebessert oder herausgeschnitten werden.

Die Vorteile einer fehlenden Klebverbindung zwischen Kunststoffmantel und metallischer Mantel"*'' sohioht sind bereits in/Einleitung erwähnt worden. Maßgebend für die praktische Verwendbarkelt eines solchen Kabelaufbaues 1st die zuverlässige Abdichtung der metallischen Mantelschicht gemäss der Erfindung, da anderenfalls durch unvermeidliche Undichtheiten, z.B. Blitz-Schlaglöcher oder dgl., des Kunststoffmantels

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eindringendes und in Kabellängsrichtnng Kunststoffmantel und metallischer Mantelsetoleht durchlaufendes Wasser in die Kabelseele eindringen kann, selbst wenn nur auf sehr großen Kabellängen eine HJndiohtheit der Uberlappungs* naht vorhanden ist. Erfindungsgemäss wird daher die Voraussetzung für die vorteilhafte Handhabung des Kabels infolge fehlender Klebverbindung zwischen metallischer Mantelsohleht und Kunststoffmantel bei Spleiß- und Ansohlußarbelten geschaffen.

Bei der Ausführung eines Kabels 120 gemäsa Fig. 7 ist wiederum eine erfindungsgemäss© Dampfsperre 122 für eine als loaxialeißheifc ausgebildete Kabslseele 20 vorgesehen» Die Dampfsperre weist in diesem Fall eine metallisohe Mantelsehioht 124 auf» die an ihrer gesamten inneren Umfangsfläch© rft einer als Dieiitmasee vorg®sehen@n Klebstoffsofaioli'e 125, z.B» ei»·» der erwähnten Mischpolymerisate _g versehen ist. Im Bereich der Überlappungsnaht 140 ist di© Ki@bstoffs6hi<uht mit den benachbarten, inneren und äusseren Umfangsflächenabsehnitten der Mantelsehioht 124 verbunden. Die Erwärmung und Verklebung kann in der vorangehend beschriebenen Weise durchgeführt werden. Infolge der Anordnung der Klebstoffschioht an der Innenfläche der metall ischeijStentelschient wird der Wärmeübergang vom äusseren Kunststoffmantel nicht beeinträchtigt.

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Obwohl dl« Beschichtung der metallischen Manteleohioht auf ihrer gesamten Umfangebreite bzw. die Verwendung eines auf seiner gesamten Breite beschichteten Netallbandes im Vergleich zu dem schmalen Klebstoffband 64 bei der Ausführung nach Fig. 5 einen erhöhten Aufwand bedingt, so ist die erstgenannte Ausführung doch in manchen Fällen zu bevorzugen, da die Einführung und genaue Ausrichtung eines besonderen Klebstoff bandes wahrend der Formgebung der metallischen Mantelschicht entfällt. Hierdurch wird nicht nur eine beträchtliche Vereinfachtung der Herstellungs· einrichtung, sondern insbesondere auch die Verwendung von üblichen Faltelnriohtungen ohne besondere Bandzuführung ermöglicht, indem nämlich lediglich anstelle des üblichen, unbesohiohteten Metallbandes ein mit Klebstoff beschichtetes Metallband zugeführt wird.

Ein weiterer Vorteil des auf seiner ganzen Breite beschichteten MetaD.bandes bzw. einexjhierrait hergestellten Kantelschicht besteht darin, daß die Kabelseele durch die wfirmeisolierende Wirkung der Klebstoffschioht gegen Überhitzung duroh Wärmeüber/gang vom aufgespritzten Kunststoffmantel weitgehend geschützt ist, während der Wärmeübergang von Kunststoffmantel In die metallische Hantelschicht selbst und damit zu der

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-igln Bereich der Uberlappungsnafat zu erwärmenden Klebstoff schicht wegen des Fehlens einer bei Üblichen Kabeln vorhandenen äusseren Beeohlohtung der metallischen Mantelsohloht nicht beeinträchtigt ist. Gegebenenfalls kann abweichend von der Ausführung nach Flg. 7 auch eine Klebstoffbesohichtung das Metallbandes nur auf einem Teil seiner Breite, und zwar im Bereich eines Kantenabschnitts bzw. der herzustellenden Uberlappungsnaht, vorgesehen werden. Hiermit ergibt sich eine Ausführung entsprechend d®rj«niagen nach Fig. 1, wobei jedoch ebenfalls die Zuführung eines Klebstoffbandes entfällt.

Bei der Ausführung nach Flg. 8 1st das Kabel Insgesamt mit 220, die Kabelseele mit 221 und die auch hier vorgesehene Dampfsperre mit 222 bezeichnet. Die Kabelseele besteht hier Jedoch aus einer Mehrzahl von einzeln Isolierten und verseilten sowie mit einem inneren Isoliermantel 225 umgebenen Adern 223. Die metallische . Hantelschicht 224 der Dampfsperre wird hierdurch ein Metallband gebildet, welches quer bzw. in Kabelumfangsrichtung verlaufende Profilwellen aufweist. Die Stärke degmetalllschen Mantelschloht beträgt auch bei einer solchen Ausführung beispielsweise 0,2 mm. Zm übrigen ist eine Überlappungsnaht 240 mit verklebter Dichtungsmasse 226 vorgesehen. Der Innere

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Isoliermantel 225 bestehtjz.B. aus einer Gummi» schicht von etwa 0,38 mm Stärke mit einer 0,025 mm starken Beschichtung aus Polyäthylenterephthalat. Über der metallisohen Mantelse hi oht ist wiederum ein aus Polyäthylen bestehender Mantel 228 vorgesehen. Der besondere Vorzug dieser Ausführung 1st die erhöhte mechanische Festigkeit durch die Profilwellung der metallischen Mantelschicht, wobei sich insbesondere durch die hochfeste Klebverbindung der Längskanten der Mantelschicht Ib Bereich der Überlappungsnaht eine zusätzliche FormdSeifhelt ergibt. Um die erforderliche Anpresfing zwischen den Umfangsflächenabschnltten der metallischen Mantelschicht im Bereich der Überlappungsnaht und einen ausreichenden Wärme«· übergang bei Verwendung des&usseren Kunststoffmantels als Wärmequelle sicherzustellen* werden die Längskantenabschnitte des profilierten Metallbandes vor dem Zusammenbiegen zweckmässig in Längsrichtung abgeflacht bzw. in Umfange«· richtung vorgebogen. Im übrigen erfolgt die Verarbeitung und Herstellung der Dampfsperre gemäss einem der vorangehend erläuterten Verfahren» ausgenommen nur das rohrfOrmige Zusammen·» biegen des Metallbandes« wofür zweckmässig anstelle der Faltvorrichtung 42 gemäss Fig. 2 und 3 eine angetriebene bzw. mitlaufende

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Forrogebungaeinriehtung verwendet wi*a_f ζ.Β.

eine solche nach der USA-Patentschrift 5 23β 950.

Gegebenenfalls kann eine XnnenbeeohiclitiKig der meta11Ischen Mantelschicht bzw. des Netalltandee in Verbindung mit einem besonders zug&ftttaten Klebstoff band angewendet werden« um ein® <srh8ht® Sicherheit gegen Dichtungsfehler zu erreichen» Im übrigen können die Inneren und Eussere» Umfangsflachen der metallische» Mantelsehiehten ein® dureh Festigkeitsgesichtspunkte und andere Anforderungen bedingte Krümmung» Profilierung oder in sonstiger Weise von der Zylinderforii abweiohende Gestaltung aitfumisen« wobei zur Herstellung .entsprechend geformte, nloht@beia© MetallbSnder verwendet werden. Insbesondere können auoh die Längslcanten bssw. Kaufe enetSß·» flächen d«r verwendeten Metallbänder abgerundet oder mit sonstigen tibergingen in die Äuee©ss~ und Xnnenfläohe versehen wsrüesu F®Kior versteht es eioh, daß acstelle der gi,^£isll «,agegebeaea polyaerea Kunststoff® «le Polyäthylen und ögl. ggf. auoh aiideF© th@?iaoplastisohe WoljmarlB&iu wie Polyvinylchlorid, aber auch warmh&rtemfie Kunststoffe wie Polychloropren und anfier© Elastomere bzw, Miseliungen von wärmhärtenien und thermoplastiselien Verbindungen eingesetzt werden können.

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Claims (1)

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   Ansprüche

   1, Elektrieo-hes Kabel mit einer die Kabelseele umgebenden, metallischen Mantelschicht, deren an die Schichtlängskanten grenzenden Abschnitte der inneren bzw. äusseren Unifangsflache sich überdecken und eine Überlappungsnaht bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den sich überlappenden und gegenüberliegenden Umfangsflächenabsehnltten der metallischen Mantelschicht (24) haftende, im wesentlichen nichtmetallische und bei Umgebungstemperatur formbeständige Dichtmasse (26) vorgesehen ist, die bei'einer vorgegebenen Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur mit den benachbarten Umfangaflächenabsohnitten der metallischen Mantelschioht (24) verklebungsfHhlg 1st, und dass die ausserhalb des Bereichs dejrfr Uberlappungsnaht (4o) an den Umfangsflachen der metallischen Mantelschicht vorhandene Dichtmasse auf die der Kabelseele (50) zugewandte UmfangsflMche der metallischen Mantelschicht beschränkt ist.

   2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da0 als Dichtmasse ein thermoplastisches, Carbonylgruppen enthaltendes Polymerisationsprodukt vorgesehen ist.

   5. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmasse ein im wesentlichen aus Äthylen und Acryls&ure bestehendes Mischpolymerisat vorgesehen ist.

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   4. Kabel nach einem oder mehreren der voran· gehenden Ansprüche« dadurch gekennzeichnet« daß die Kabelseele und die metallische Hantelschicht in einem extrudierten Kunstoffmantel (28) angeordnet sind und dass die Dlohtmasse mit der metallischen Mantelschicht bei einer bezüglich der Extrudiertemperatur des Kunstetoffmantels niedrigeren Temperatur verklebungsfähig ist.

   5. Kabel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dffurch gekennzeichnet, dass die Dichtmasse innerhalb des Kabelaufbaues in Bandform angebracht ist.

   6. Kabel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Mantelschicht aus sich in Kabellängsrlchtung erstreckendem Aluminiumband gebildet ist. .

   7« Kabel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelseele als Koaxialeinheit mit einem Innenleiter, einem rohrförmigen Auseenleiter, aus Isolierendem Kunststoff bestehenden Distanzscheiben und mit wenigstens zwei schraubenförmig auf den Aussenleiter gewickelten. Stahlbändern ausgebildet ist und einen Durchmesser von etwa 11 mm aufweist.

   8. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte bzw. Merkmale:

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   a) aufeinanderfolgende Abschnitte einer Kabelseele werden mit vorgegebener Vorschubgeschwindigkeit über einen Durchlaufpfad geführt;

   b) längs aufeinanderfolgender Abschnitte der ftbelseele wird wenigstens ein Metallband mit mindestens einer Überlappungsnaht angeformt und dadurch eine metallische Hantelschicht mit äusaerer und innerer» der Kabelseele zugewandter. Umfangsfläche gebildet;

   o) zwischen die benachbarten und sich in Bereich der Überlappungsnaht deckenden Umfangsflachenabschnitte des Metallbandes wird gleichzeitig mit der Bildung der Überlappungsnaht eine im wesentlichen nichtmetallische Dichtmasse eingebracht, wobei die Ausbreitung der Dichtmasse an den ausserhalb des Bereichs der uberlappungsnaht befindlichen Umfangsflächenabschnitten des

   Metallbandes auf dessen innere, der Kabelseele

   je

   zugewandte Umfang*fläche beschränt wird;

   d) durch Aufheizung aufeinanderfolgender Abschnitte der Überlappungsnaht wird die Temperatur der in diesen Abschnitten befindlichen Dichtraasse auf einen vorgegebenen Mindestwert gebracht;

   e) die sich überdeckenden Umfangsflächenabschnitte des MetalIbandes werden im Bereich der auf erhöhter Temperatur befindlichen Abschnitte der Überlappungsnaht genau in ihrer vorgegebenen gegenseitigen Lage und Ausrichtung gehalten.

   9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in Kabellängsrichtung fortschreitende Erwärmung der Überlappungsnaht durch Extrudieren eines aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Mantels auf die Aussenfläche des zur Mantelschicht geformten Metallbandes erfolgt

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   und daß der Kunststoffmantel im Bereich der aufeinanderfolgend erwärmten Stellen jeweils für eine vorgegebene Minddstdauer auf einer unterhalb der Extrudiertemperatur liegenden» in Verbindung mit der vorgegebenen Mindestdauer zum Verkleben der Dichtmasse mit den angrenzenden Oberfläohenabsohnltten dds Metallbandes ausreichenden Mindesttemperatur gehalten wird,

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