DE1810479A1

DE1810479A1 - Elektrisches Kabel

Info

Publication number: DE1810479A1
Application number: DE19681810479
Authority: DE
Inventors: Ludwik Jachimowicz
Original assignee: General Cable Corp
Current assignee: General Cable Corp
Priority date: 1967-12-11
Filing date: 1968-11-22
Publication date: 1969-08-14
Also published as: SE361770B; FR1595919A; JPS4825594B1; ES361300A1; GB1241965A; CH499180A; US3507978A

Description

Elektrisches Kabel

pie Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit einem Kern aus mehreren isolierten Leitern, der von einer eine Metallfolie enthaltenden Fülle umgeben ist.

Wenn bei bekannten Kabeln der oben genannten Art (USA-Patentschrif 3.206.541.) ein Mantel über die mit einer Isolation überzogene j rietallfolie extrudiert wird, schmilzt stellenweise die äußere j Schicht der Kopolymer-Isolation der Letallfolie. Daraus ergibt sich eine ungleichmäßige Beschichtung der Folie« Beim Verschliessen der Nahtstreifen bewirkt das Schmelzen der äußeren Isolationsschicht, daß sie leicht an den zur Herstellung der Naht verwendeten Rollen hängen bleibt, wenn nicht sorgfältige Vorkehrungen getroffen werden. Schließlich ist die mechanische Belastbarkeit der Nahtstreifen so gering, daß sie unter dem Zug der Werkzeuge, die die Naht herstellen, durchbrechen können.·

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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine zusammengesetzte Isolationsschicht auf der Außenflächen der Metallfolie angebracht. Die Metallfolie besteht vorzugsweise aus Aluminium. Dieselbe Kopolymer-Isolation kann chemisch sowohl mit der Außenseite der Metallfolie als auch mit ihrer Innenseite verbunden sein. Zusätzlich wird eine Schicht aus einem Polyäthylenwerkstoff hoher Dichte

oder einem entsprechenden Isolierstoff mit einem höheren Schmelz-

! punkt als der des Kopolymers an der Außenseite des Kopolymers ! ■ an-

angeschmolzen. Eörfindungsgemäß wird die Isolation von den /einander

,anliegenden Flächen der abstehenden Kanten der Aluminiumfolie so

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lextrudlert, daß die Kanten der Folie überdeckt v/erden. Dadurch ι

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tritt bei dem fertigen Kabelkern kein blankes Metall auf. !

ι Eine v/eitere Ausführung form der Erfindung bezieht sich auf die Naht zwischen den nach außen abstehenden Kanten oder Nahtstreifen der isolierten Aluminiumfolie. Diese ilaht, die später zu dem Umfangsabschnitt der Hülle umgebogen wird, besteht aus einer doppelten oder abgestuften Naht, die eine geringere Durchschlagfestig-

der keit entlang dem Nahtabschnitt aufweist, der auf/den isolierten Leitern des Kernes abgewandten Seite liegt. Dadurch wird das Kabel geschützt, wenn es von einem Blitz getroffen werden sollte»

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen gebrochenen Schnitt durch den Kabelkern,wobei die Kantenstreifen der mit Isoliermaterial beschichteten Metallfolie nach oben gebogen und mit ihren aneinander anliegenden Flächen noch nicht miteinander verbunden sind,

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Fig. 2 die 'Iaht aus Fig. I₃ wobei die Nahtstreifen in einem Abschnitt in der Ilfihe der Leiter des Kernes, d.h. im unteren Abschnitt der !Iaht, miteinander verbunden sind,

Fig. 3 die Iaht aus Fig. 1 und 2 nach einem weiteren Arbeitsgang, bei dem das "!aterial der inneren Isolierschicht nach außen über die Kanten der Aluminiumfolie extrudiert wird und diese Schicht mit der inneren Schicht der auf der Außenseite der Aluminiumfolie angebrachten Isolierung verschmolzen wird, wobei die doppelte Naht mit der verminderten iurehschlagfestigkeit am äußeren Abschnitt gezeigt ist,

ίir. H ein stark vergrößerter Schnitt durch die mit Isoliermaterial beschichtete Aluminiumfolie, die um den Kabelkern gelegt wird und die Ilaht der Fign. 1-3 bildet,

j Fig. 5 einen Schnitt durch das fertige Kabel mit Aluminiumbandmantel und geschlossen- aufgespritzten Poly£thylenmantel, wobei die !Iaht zum Umfang der isolierten Iletallfolie hin

j umgebogen ist.

j ?ig. 1 zeigt den Kabelkern Io, der aus einzelnen isolierten

. Leitern 12 besteht, die in üblicher Weise verseilt und umwickelt

sind und über die eine Metallhülse' gelegt ist. Ein isolierter, d.h. mit einem Isoliermaterial überzogener, Streifen 14 aus Metallfolie ist in Längsrichtung um den inneren Teil des Kernes Io gelegt. Dieser zusammengesetzte Streifen lH bildet die erfindungs gemäße innere Hülle des Kabelkerns.

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Eine vorzugsweise Ausfuhrungsform des Streifens IH ist in Fi^. 4 gezeigt. Die flussijkeits- und dampfundurchlässige Metallfolie 16 besteht vorzugsweise aus Aluminium mit einer Dicke zwischen 0,007 und ο ,o25 mm. Bei der gezeigten Aus führung s form hat die Aluminiumfolie 16 eine Dicke von o_;o2mm. Auf ihrer Unterseite hat die Aluminiumfolie Io eine Schicht aus einem Kopolymer-Isolierstoff. Die Schicht Io ist vorzugsweise chemisch mit der Aluminiumfolie verbunden und besteht aus Polyäthylen geringer Dichte, welches durch llonomere angewandelt ist, die reaktive Kaboxlgruppen enthalten, die die gewünschten Eigenschaften beim Verbinden ergeben.

' Es kann auch anderes Polyolefin-Isoliermaterial benutzt v/erden.

ι' Die Dicke der Schicht 18 ließt vorzugsweise zwischen o,13 nun und o,25 nun. Die Schicht 18-bildet die innere Isolierschicht, wenn der Streifen 14 in Längsrichtung um den inneren Teil oder den Kern des Kabels gefaltet wird. Eine weitere Isolierschicht 2o, die vorzugsweise aus demselben Material wie die Isolierschicht 18 besteht, ist mit der Ober- oder Außenseite der Aluminiumfolie 16 ebenfalls chemisch verbunden. Die Isolierschicht 2o ist vorzugsweise zwischen o,o5 mm und o,l mm dick.

Die äußere Isolation 22 (Piß, ¹J) der Aluminiumfolie 16 besteht nicht nur aus der Isolierschicht 2o, sondern auch aus einer weiteren Isolierschicht 24, die aus einem Polyolefin mit höherem Schmelzpunkt als der der Isolierschicht 2g, vorzugsweise aus einem Polyäthylen hoher Dichte und einer Dicke von o,l mm bis o,5 nun besteht. -

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Die Breite des zusammengesetzten Streifens 14 ist etwas größer als der Umfang des inneren Abschnittes des Kerns Io, so daß die Kantenabschnitte 32 und 34 des Streifens nach oben und außen gebogen v/erden. Sie bilden parallele, aneinander anliegende Streifen oder Nahtkanten (Fig. 1), wenn der Streifen 14 in Längsrichtung um den inneren Abschnitt des Kernes Io gefaltet wird. Die Naht, die von den Kantenabschnitten 32 und 34 gebildet wird, ist vorzugsweise eine Längsnaht.

Verschiedene Verfahren sind möglich, um den Streifen 14 um den inneren Abschnitt des Kernes Io zu legen und die Kantenabschnitte 32 und 34 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zu bringen (USA-Patentschrift 3.2o6.54l).

Der erste Schritt bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Naht ist in Fig. 2 gezeigt. Den Teilen der Kantenabschnitte 32 und 34, die am nächsten an dem inneren Abschnitt des Kernes Io liegen, wird von den Heizrollen 36 Wärme zugeführt. Diese Wärme reicht dazu aus, um die aneinanderliegenden Flächen der inneren Schichten 18 miteinander zu verschmelzen. Fig. 2 zeigt, wie die innere Isolierung zu einer einstückigen Schicht verschmolzen ist. Die Heizrollen % schmelzen jedoch nicht die äußere' Schicht 24, die einen höheren Schmelzpunkt als die inneren Schichten 18 und hat. Bei der Wärmebehandlung wird ein mäßiger Druck ausgeübt, so daß im wesentlichen kein Isoliermaterial zwischen den aneinanderliegenden Kantenabschnitten der Aluminiumfolie 16 von der^Stelle zwischen den Heizrollen 36 hervorgedrückt wird.

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Der nächste Schritt bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Naht

3C " "' ' ' ist in Fig. 3 gezeigt. Die Heizrollen/üben unter Erwärmung einen Druck auf den oberen oder äußeren Teil der Kantenabschnitte 32 und 34 aus. 'Die äußere Schicht 24 wird nicht geschmolzen, aber die inneren Isolationsschichten 18 und 2o v/erden geschmolzen. Es wird ein solcher Druck angewendet, daß die Kantenabschnitte des Aluminiums zwischen den Heizrollen 38 zusammengedrückt werden, wo bei sie im wesentlichen parallel zueinander gehalten werden. Bei dieser Bewegung der Aluminiumfolie wird ein Wulst 4o aus Isoliermaterial zwischen den Kantenabschnitten der Aluminiumfolie hervorgedrückt und zu einem geringeren Teil auch zwischen der Aluminiumfolie und der äußeren Schicht 24. In dem V/ulst 4o sind die Isolierschichten 18 und 2o um die Kanten der Aluminiumfolie 16 herum zusammengeschmolzen. Der V/ulst bildet daher eine Schutzschicht aus Plastikmaterial für das Aluminium, so daß in der fertigen Mäht kein plankes Material übrig bleibt.

Die doppelte Naht (Fig. 3) zwischen den Kantenabschnitten 32 und 34 hat entlang dem V/ulst 4o eine geringere Durchschlagsfestigkeit zu dem Metallband 44 hin als die Durchschlagsfestigkeit an dem Hauptteil der Oberfläche der Aluminiumfolie, die den Kabelkern umschließt und durch die Schichten 24 und 2o überdeckt ist. An dem Wulst 4o sind die Schnittkanten der Folie 16 einem Durchbrußh in der Isolation gesetzt, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der Folie 1.6 und».dem Metallband 44 besteht. Die Kanten sind -_; nicht durch -die. Is,olationsschl:cht.v 2-4 geschützt* und_; auch die, _f Isolierschicht 2o wurde durch. d^s,. JE^tirud^ren, jd|inne.r> Ein^äh^-v^ liches Ergebnis wird bei einer abgestuften Naht anstelle der

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doppelten Mäht (Fig. 5) erzielt. Bei einer abgestuften Naht laufe die aneinander anliegenden Flächen der Kantenabschnitte der Aluminiumfolie an wenigstens einem radialen Abschnitt auseinander, wobei der Abstand beim Fortschreiten in radialer Richtung zum Kern Io hin zunimmt.

Wenn das Kabel von einem Blitz getroffen wird, steigt die Spannung in dem als Abschirmung dienenden Metallband HH an. Die Spannung des Blitzes versucht, die Isolation zwischen dem Metallband

ι HH und der Aluminiumfolie 16 zu durchbrechen und dann von dieser Folie auf die Leiter im Kabelkern Io überzugreifen. Da der Durchbruchspfad von dem Metallband zu der Folie von einem schwachen Dielektrikum gebildet wird und scharfe Kanten der Folie 16 in dem j Wulst ¹Jo eingebettet sind, findet der Durchbruch an dem Wulst Ho statt. Auf diese Weise werden die Schichten 2o und 2H nicht durch löchert, die die dampfundurchlässige Folie 16 schützen, so daß die Qualität der von der Folie gebildeten Dampfsperre nicht vermindert wird.

Experimente, die mit dem erfindungsgemäßen Kabel und Funkenentladungen mit Spannungsstoßen von 5 KV ausgeführt wurden, haben diese Arbeitsweise bestätigt. Selbst wenn der Mantel in öl eingetaucht wurde und die Spannungselektrode an die der Naht diametral entgegengesetzten Seite angelegt wurde, erfolgte der Durchbruch nie durch den Mantel selbst. Der Strom ging immer an der Oberfläche des Mantels entlang und schlug in die Kanten der verschlossenen Naht ein, wie es beabsichtigt war.

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Wenn der Funke zwischen dem Metallmantel 44 und der Folie 16 über» gesprungen ist, ist die Folie auf dem Potential der Spannung des Blitzes. Diese Spannung versucht nun die Isolation zwischen der Folie 16 und den Leitern in dem Kabelkern Io zu durchbrechen. Diese Isolation ist so ausgelegt, daß sie wenigstens 2o KV Gleichspannung bei Kabel mit Polyäthylenisolierung ' und Io KV Gleichspannung bei papierisolierten Kabeln aushält» Der Beitrag der Isolierschicht 18 zu dieser Durchschlagsfestigkeit ist sehr wesentlich. Die Schicht 18 hat eine unverminderte Wandstärke um den Kern Io des Kabels herum bis in die erste Naht, die von den Heizrollen 36 hergestellt wurde. Das Metall der Folie ist glatt, und die scharfen Kanten der Folie liegen außerhalb der zweiten Naht, die von den Heizrollen 38 gefertigt wurde. Daher bietet die Folienumhüllung dem Kabelkern Io eine glatte Oberfläche, was die Durchschlagsfestigkeit der Schicht 18 verbessert, so daß diese Schicht 18 bei einer Wandstärke von o,13 mm allein eine Gleichspannung von 12 KV für 3 Sekunden aushielt.

Fig. 5 zeigt, wie die doppelte Naht von Fig. 3 umgebogen ist, so daß sie an dem entlang dem Umfang verlaufenden Teil des gefalteten Streifens 14 anliegt. Bei der Ausfuhrungsform von Fig. 5 ist der aus dem inneren Abschnitt und dem gefalteten, zusammengesetzten Streifen 14 bestehende Kabelkern Io in einem gerillten Metallband 44, vorzugsweise aus Aluminium, eingeschlossen, welches eine in Längsrichtung verlaufende überlappnaht 46 hat. Dieses quergerillte Aluminiumband 44 wird von einem äußeren Plastikmantel 48 überdeckt. Die überlappnaht 46 ist nicht geschweißt oder gelötet, und der äußere Mantel 48 ist über das Metallband 44 extrudiert. Es ist zu beachten, daß auch bei Kabeln

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mit gerilltem Aluminiummantel, gerilltem Stahlband, welches in Längsrichtung gefaltet und entlang seiner Naht geschweißt oder gelötet ist, und geschlossenen aufgespritzten Polyäthylen-Mantel oder ähnlichen Kabeln gemäß der Erfindung mit der inneren, dampdurchläsigen Hülle versehen sein können. Der äußere Plastikmantel über dem gerillten Stahlband ist bei den bekannten Kabeln zum Schutz des Stahles vor Feuchtigkeit angebracht.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrisches Kabel mit einem Kern aus mehreren elektrischen Leitern, der von einer eine Metallfolie enthaltenden Hülle umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Längsrichtung um den Kabelkern (lo) gefalteter Streifen die Metallfolie (16) enthält, die an einer axial verlaufenden Naht des Streifens (I¹I nach außen gebogene, aneinander anliegende Kantenabschnitte (32, 3²O aufweist, und daß der Streifen (14) eine mit den beiden Seiten der Metallfolie (16) verbundene elektrische Isolierung (18, 2o, 2U) aufweist, wobei die Isolierung (18) auf der einen Seite der Folie (.16) um die Kanten herum mit Isolierung (2o) auf der anderen Seite der Folie (16) verbunden sind, so daß die gesamte Fläche der Metallfolie (16) eingeschlossen ist.

2. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Isolierung (2o, 2M) der Metallfolie aus einer chemisch mit der Metallfolie (16) verbundenen inneren Schicht (2o) und einer äußeren Schicht (24) zusammengesetzt ist, die

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einen höheren Schmelzpunkt als die innere Schicht (2o) hat und auf die innere Schicht (2o) aufgeschmolzen ist.

3. Elektrisches Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (18, 2o) die an den beiden Seiten der Metallfolie (16) anliegen, aus demselben Werkstoff Polyäthylen oder einem Kopolymer bestehen.

4. Elektrisches Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (2*1) Polyäthylen hoher Dichte ist, und daß die Metallfolie (16) aus Aluminium besteht.

5. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 mit einem den Streifen umhüllenden Metallband, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschlagsfestigkeit zwischen den Leitern (12) des Kabelkerns (lo) und der Metallfolie (16) und zwischen der Metallfolie (16) und dem um den Kabelkern (lo) gelegten Metallband (41}) gtfößer ist als die Durchschlagsfestigkeit zwischen den Kanten der Metallfolie (16) und dem Metallband (44), so daß eine Beschädigung durch einen Blitz, der eine Entladung zwischen der Metallfolie (16) und dem Metallband (44) zur Folge hat, nur an den Kanten der Metallfolie (16) auftritt.

6. Elektrisches Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie (16) o,oo7 mm bis o,o25 mm dick ist, daß die Isolierschicht (18) aus einem Polyäthylen-Kopolymer auf der einen Seite der Aluminiumfolie (16) o,13 bis o,25 mm dick ist, daß die mehrschichtige Isolation auf der anderen Seite der

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Aluminiumfolie (16) eine innere Schicht (2o) aus einem Polyäthylen-Kopolymer mit o,5 mm bis o,l mm Dicke und einer äußeren Schicht (24) besteht, die aus einem Polyäthylen hoher Dichte und mit einem höheren Schmelzpunkt als die innere Schicht (2o) besteht, an der inneren Schicht (2o) angeschmolzen und zwischen o,öl mm und o,15 mm dick ist.

7. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Aluminiumfolie (16) beidseitig angebrachten und um die Kanten der Folie (16) herum miteinander verbundenen Isolationsschichten aus einem Polyolefin-Kopolymer bestehen, und daß eine äußere Isolationsschicht (.2¹I) hoher Dichte an die Kopolymerschicht (2o) auf einer Seite der Folie (16) angeschmolzen ist, wobei die äußere Schicht (24) einen höheren Schmelzpunkt als das Kopolymer aufweist, mit dem sie verschmolzen ist.

8. Elektrisches Kabel nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch Polyäthylen-Kopolymerschichten (18, 2o), die durch Monomere abgewandelt sind, welche reaktive Karboxylgruppen enthalten, die sich zum chemischen Verbinden der Kopolymerschichten mit der Metallfolie (16) eignen.

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9. Elektrisches Kabel nach/Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten (18) der aneinander anliegenden Flächen der Kantenabschnitte (32, 34) miteinander verschweißt sind, und daß die Durchschlagsfestigkeit an den Kanten der Folie (16) geringer ist als die Durchschlagsfestigkeit der Isolation an der Außenfläche der Folie (16) am Umfang des Kernes (lo).

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Io. Elektrisches Kabel insbesondere" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (16) eine Isolierbeschichtung wenigstens auf ihrer Außenseite aufweist, in Längsrichtung um den Kabelkern (Io) gelegt ist und eine glatte Umhüllung mit einer dicht verschlossenen Naht bildet, und daß ein isolierter, leitender Streifen elektrisch einstückig mit der Folie (16) entlang dem Streifen (14) verläuft und über die glatte Hülle nach außen absteht, und daß die Isolation der aus seren Kante des Streifens eine geringere Durchschlagsfestigkeit als der glatte Abschnitt der Hülle hat, so daß eine Beschädigung, die sich durch die Entladung von Blitzen an den Streifen (I¹I) ergeben, nur an den äußeren Kanten des Streifens auftreten, ohne die verschlossene Hülle um den Kabelkern (lo) zu beschädigen.

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