DE1927324A1 - Elektrisches Kabel und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Elektrisches gabel und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung Kurze Zusammenfassung (Abstrakt) der Erfindung.
• Die erfindungsgemäßen metallummantelten elektrischen Kabel besitzen eine geschäumte dielektrische Polyolefinisolation mit Zellstruktur, velche mit der Innenseite eines getemperten Mantels durch Schmelzen verbunden ist, um bessere elektrische und mechanische Eigenschaften zu erhalten. Der Mantel wird auf eine schaumstoffisolierte Kabelseele aufgebracht und dannlurch Ziehen durch eineZiehform oder Reduzierwalzen heruntergedrückt, damit das Rohr eng um die isolierte Seele paßt. Ein geregeltes Erhitzen des Ummantelung schmilzt den mit ihr in Berührung stehenden Teil der Isolation oder des Klebmaterials, falls solches verwendet wird, um die Schmelzverbindung hersustellen und die Isolation unter dem auf sie wirkenden Druck des Mantels in Unregelmäßigkeiten der Innenfläche des Mantels einfließen zu lassen und so die elektrischen Eigenschaften der Isolation zu verbessern.Die Erhitzungsdauer ist kurz und es schließt sich ein Abschrecken an. Dieses geregelte Erhitzen und Abkühlen dient auch zum Anlassen (Enthärten) des Netalimanteis und damit zur Verbesserung der Biegsamkeit des Kabels. Die Erfindung bezweckt auch die zur Herstellung dieser Kabel erforderlichen Verfahren und Vorrichtungen.
• Nehestehende Patente, Anwendungen und Stand der Technik In der USA-Patentschrift 3 356 790 ist ein metallummanteltes elektrisches Kabel und ein Verfahren zu seiner Herstellung bevom 30.12.1965 schrieben. Die USA-Patentanmeldung Ser.No. 517 706/betrifft ein aluminiumwnmanteltes Koaxialkabel. Andere aluminiumummantelte Kabel und Verfahren zu ihrer Herstellung sind beschrieben von Hollingsvorth und Raine in "Institution of Electrical Engineers Proceedings part II, S. 603-620 und fE., Dezember 1954.
• Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung Das metallummantelte elektrische Kabel mit Schaumstoffisolation kann einen oder mehrere Leiter mit Polyäthylen - oder Polypropylenisolation besitzen, und der Mantel ist typischerweise ein Aluminium- oder Kupfermantel mit verhältnismäßig dünner Wandstärke.
• Die Leiter können einzeln isoliert und dann mit einem extrudierten geschAumten Polyolefingürtel versehen verden, wie es typisch PUr Video-Paare oder Kabel mit mehr als einem Leiter ist. Im Mantel können eine oder mehrere Isolationsschichten benutzt werden. Der Einzelleiter oder die mehreren Leiter, mit oder ohne Einzelisolation, die von der hier beschriebenen SchaumstofPisolatbn umgeben sind, werden in dieser Beschreibung als die "Kabelseele" oder "Seele" bezeichnet.
• Zur Herstellung dieses Kabels kann irgendeines von drei Grundverfahren benutzt werden. Das erste und bevorzugte Verfahren besteht darin, ein Band kontinuierlich über die isolierte Seele längs zu einem übergroßen zylindrischen Rohr zu falten und dieses längs der aneinanderstoßenden kanten des Bandes zusammenzuschweissensund dieses Rohr dann herabzudrücken oder zu ziehen, um einen eng passenden Sitz Uber der isolierten Seele zu erhalten. Wenn man eine bessere Haftung vunscht oder eine niedrigere Verbindungstemperatur vorzieht, kann das Band oder die Seele mit einem haftfördernden Material vorbeschichtet werden.
• Beim zveiten Verfahren wird die isolierte Seele in ein übergroße Rohr hineingezogen und dann das Metallrohr durch eine Ziehform oder Drückwalzen gezogen, um es herabzudrUcken, damit es eng über die isolierte Seele paßt. Die isolierte Seele kann bei diesem Verfahren,falls gewünscht, mit einem haftfördernden Material vorbeschichtet verden.
• Das dritte Verfahren besteht darin ein übergroß-es Rohr, gewöhnlich aus Aluminium, über die isolierte Seele zu extrudieren und dieses Rohr herabzudrUcken, so daß es eng über die Seele paßt. Die isolierte Seele kann bei diesem Verfahren'falls gewünscht, mit einem haftverbessernden Material vorbeschichtet verden.
• Gemäß der Erfindung wird der Metallmantel schnell über den Schmelz-oder Erweichungspunkt des geschäumten Polyolefins oder zum Aktivieren des haftverbessernden Materials, falls solches benutzt wird, erhitzt und dann rasch abgekühlt, um die Tiefe der Schmelzzone zu regeln und die Materialien erstarren zu lassen. Das erfolgt1 nachdem das Rohr durch Ziehen durch die Ziehform (Ziehtrichter) oder Reduzierwalzen herunter und engpassend über die isolierte Seele gezogen worden ist. Die Ausdrücke Reduzierwalzen", "Drückwalzen" oder "Formwalzen" können au stauschbar benutzt werden.
• Außerdem beinhaltet die Erfindung das Extrudieren oder Herstellen der schaumstoffisolierten Seele, um die vollen Vorteile des Wärmebehandlungsprozesses gemäß der Erfindung zu erhalten, obgleich auch normal extrudierte Leiterseelen mit Erfolg benutzt werden können.
• Durch Schmelzen der Außenschicht des geschäumten Polyolefins,das gegen den Metallmantel gedrückt wird, wird die radiale tompression, die sich nach innen zum Mittelleiter erstreckt, verringert.
• Die während dieses Schmelzvorgangs gebildete dünne Schale auf der äußeren Oberfläche der Isolation hat weniger Einfluß auf die effektive Dielektrizitätskonstante als die radiale Kompression, die eine Erhöhung der Dichte und DielektrizitAtskonstan-te bewirkt, so daß im Ergebnis eine Reduktion der effektiven Dielektrizitätskonstante an unter Kompressionsdruck stehenden Punkten nahe dem kritischen Bereich nächst den Mittelleitern erhalten wird, vo die Dielektrizitätskonstante die größte Ausvirkung hat. Außerdem kann beim Aufbringen des Mantels über die Schaumstoffseel'e ein geringerer Anfangsdruck angewandt werden, venn die Schaumstoffisolation mit dem Metallmantel durch Erhitzen verbunden wird. vodurch die Schwierigkeit der Kompression des Dielektrikums auf ein Mindestmaß verringert wird.
• Die Außenschicht der schaumstoffisolierten Seele fließt, wenn sie durch Erhitzen des Metallmantels geschmolzen wird, auf die Innenseite des Mantels auf und füllt alle Unregelmäßigkeiten im Mantel und liefert bei der Abkühlung eine hochfesteverbindung mit dem antel sovie auch eine hermetische Versiegelung. Bei typischen, im Handel verfügbaren geschäumten Polyäthylenmaterialien mit Zellstruktur ist diese Verbindung so fest, daß das geschäume Material selbst zerrissen werden muß, wenn es vom Metallmantel abgezogen wird.
• Diese wärmebehandelten Kabel sind infolge der innigen Verbindung zwischen Mantel und isolierter Seele gegen Längslecks hermetisch versiegelt, während unbehandelte Kabel bei sehr niedrigen Drücken Wasser- und LuBtkanäle bilden Wärmebehandelte kabel zeigten bei der Prüfung mit Druckluft von bis zu 2,10 kg/cm2 Überdrück kein Leck, während unbehandelte kabel bei weniger als 0,07 kg/cm2 Überdruck lecken.
• Elektrisches Kabel muß in langen Abschnitten hergestellt werden, und aus wirtschaftlichen und technischen Gründen ist es erwünscht, möglichst viele Herstellungsschritte in einem kontinuierlichen Arbeitsgang durchzuführen. Um den Mantel herabzudrücken und ihn in einem kontinuierlichen Arbeitsgang innerhalb einer kurzen Laufstrecke des Kabels auf die Anlaß- (Temper) Temperatur zu erhitzen und das Strecken des Mantels im heißen Zustand zu verdie meiden, wird gemaß der Erfindung/gewöhnliche, auf den Mantel wirkende Ziehkraft auf verschiedene Stationen längs der Länge des Kabels aufgeteilt. Die Hauptziehvorrichtung ist vor der Erhitzungsvorrichtung, d.h. stromaufwärts in der Kabellaufrichtung, und eine Ziehvorrichtung von erheblich geringerer Kraft ist jenseits der Anlaßvorrichtung angeordnet. Die Ziehkräfte sind aufeinander abgestimmt.
• Obgleich das Anschmelzen der Isolation an den Mantel und das Anlassen (Tempern) des Mantels gleichzeitig erfolgen können, verden gemäß einer Abvandlung der Erfindung verschiedene, in einem Abstand längs der Kabellänge angeordnete Heizvorrichtungen, die miteinander in Beziehung stehen, vorgeschlagen, so daß, wenn das Kabel beide Heizvorrichtungen mit der gleichen Geschwindigkeit durchlAuSt (wie es bei kontinuierlichem Betrieb erforderlich ist) der Mantel bei einer Heizvorrichtung auf die hinsichtlich Zeit undTemperatur optimalen Anlaßbedingungen und an der anderen Zeizvorrichtung auf die für die Haftung der Isolation optimalen Bedingungen erhitzt wird.
• Weitere Zwecke, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Eolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, die sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, in der entsprechende Teile in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen: Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung des elektrischen Kabels gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine schematische Teilansiche und zeigt eine Abvandlung eines Teils der Vorrichtung der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Diagramm des Verlaufs der Erhitzung und Abkühlung des Kabels bei Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung; Fig. 4 ist ein Diagramm des Verlaufs der Erhitzung und Abkühlung des Kabels bei Vervendung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung; Fig. 5 zeigt einen stark vergrößerten Schnitt durch das Kabel lange der Linie 5-5 der Fig. 1; Fig. 6 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 5, jedoch längs 6-6 der Fig. 1; Fig. 7 zeigt ähnlich Fig. 6 eine abgewandelte Form des Kabels; Fig. 8 zeigt ähnlich Fig. 6 eine weitere Abwandlung, bei der mehr als eine Schaumisolationsschicht verwendet ist; Fig. 9 zeigt einen Schnitt zur Erläuterung, wie Hohlräume nach dem Herunterdrücken des Mantels in seinem Innenraum vorliegen können und Fig.10 zeigt entsprechend Fig. 9 den Zustand nach Füllung der Hohlräume gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Bei der Herstellung des Kabels gemäß der Erfindung wird zuerst eine isolierte Kabelseele 10 in einen Metallmantel 12 gebracht, Das kann nach verschiedenen Ublichen Methoden geschehen, wie oben bei der Beschreibung des Hintergrunds der Erfindung angegeben.
• Gleichgültig, ob der Mantel um die isolierte Seele durch Längsfalten und Verschweißen eines Streifens oder Bandes geformt oder ob die isolierte Seele in ein nahtloses Rohr gezogen wird. stets ist der Durchmesser der isolierten Seele kleiner als der Innendurchmesser des Mantels 12.
• Der Mantel 12 wird durch ein von einer Abgabedüse 16 auf seine Außenseite aufgebrachtes Schmiermittel 14 geschmiert. Er wird durch eine Raupenwinde 22 durch eine Ziehform 20 ( Ziehtrichter) gezogen und dabei auf einen kleineren Umfang zusammengedrUckt. Statt der Ziehform 20 können gegebenenfalls Reduzieralzen benutzt werden. Jenseits der ziehform 20 läuft der Kabelmantel durch eine Reinigungskammer 26, in der ein Reiniguugsmedium 28 aus einer Abgabedüse 30 auf die Manteloberfläche abgegeben wird, um das Schmiermittel zu entfernen.
• Fig. 5 zeigt das Kabel vor seinem Durchgang durch die Ziehform 20. Das gezeigte Kabel besitzt einen Mittelleiter oder Seele 32, die von einer Isolation 34 aus geschäumtem Klmststoff umgeben ist und lose im Mantel 12 liegt. Wie oben erläutert, kann die Seele 32 eine Mehrzahl von Leitern besitzen, und diese Leiter können mit ihren eigenen Einzelisolierungen überzogen sein.
• Nach dem Durchgang durch die Ziehform 20 ist der Durchmesser des Mantels 12 so verringert, daß er dicht um die geschäumt tunststoffisolation 34 paßt. Es ist erwünscht, daß die Form 20 ein solches Kaliber hat, daß die Kunststoffschaumisolation zu einem weiter unten mit Bezug auf andere Figuren erläuterten Zweck unter einen gewissen Druck gesetzt vird.
• Jenseits der Raupenwinde 22 läuft der Mantel 12 durch einen Induktionserhitzer 40, der die Temperatur des Mantels genUgend erhöht, um den Kunststoffschaum mit der Innenfläche des Mantels zu verbinden. Dies kann erfolgen, indem die mit dem Mantel in Berührung stehende Oberfläche des Kunststoffschaums geschmolzen wird. Die Hitze sollte nicht zu stark sein, da ein zu weit in die Tiefe reichendes Schmelzen des Schaums das Volumen des 8chaums so verringert, daß er den Innenraums des Mantels nicht länger ausfüllt. Der zulässige Betrag des Schmelzens hängt davon ab, wie stark der Kunststoffschaum durch den Mantel zusammengepreßt ist. Der Grund dafür, daß eine gewisse Kompression erwünscht ist, liegt darin, daß der Druck bewirkt, daß der Schaum nach Erhitzen auf eine Erweichungstemperatur und zu einem fließ fähigen Zustand im erforderlichen Maße fließt, um alle Teile der Innenfläche des Mantels 12 zu berühren.
• Wenn der Mantel nicht vollkommen rund istt paßt sich der erweichte Schaum selbst jedem Mangel an Kreisförmigkeit an. Wenn die Innen-,fläche des Mantels nicht vollkommen glatt ist, fließt der erreichte Schaum, wenn er unter einem gewissen Druck steht, in die Unregelmäßigkeiten, so daß er die gesamte Innenfläche des Mantels berührt. Das ergibt eine bessere Verbindung und ist auch nützlich zur Erzielung einer hermetischen Versiegelung zwischen der geschäumten Kunststoffisolation und der Innenfläche des Mantels 12.
• Ein weiterer Typ von Unregelmäßigkeiten wird von Veränderungen im Innendurchmesser des Mantels hervorgerufen. Diese können periodisch und durch einekeringe Exzentrizität der Walzen bedingt sein, mit denen der Mantel hergestellt wird. Solche Unregelmäßigkeiten verursachen Veränderungen in der Kompression der Isolation im Mantel an in axialer Richtung des J:abelsvoneinander entfernten Stellen, was zum Entstehen von stehenden Wellen führen kann, Hochfrequenzwenn das Kabel zum Leiten von/lektrizität benutzt wird. Die Erfindung beseitigt dieses Kabelproblem, da der geschäumte Kunststoff, wenn er erweicht ist, sich jeder Unregelmäßigkeit- im Innendurchmesser des Mantels anpaßt und einen im wesentlichen gleichförmigen Druck auf die Isolation bewirkt, woraus sich Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften der Isolatiotergeben.
• Obgleich das maximal zulässige Schmelzen der geschäumten Isolation vom Druckbhängt, beträgt die Tiefe des Schmelzens vorzugsweise weniger als 10% der radialen Dicke des Schaums und in jedem Fall weniger als 20%.
• Der für die geschäumte Isolation gemäß der Erfindung benutzte unststoff ist vorzugsweise ein Polyolefin, wie Polyäthylen, mit einem Luftgehalt von etwa 45 bis 55X. Diese Werte sind nur zur Erläuterung angegeben. Es kann auch Polypropylen benutzt werden.
• Im Handel verfügbares geschäumtes Polyäthylenmaterial, wie die von der Firma Union Carbide hergestellten Typen DFA 4860 und DFD 4960 und andere, verbinden sich ohne zusätzliche lebstoffe mit sauberem Kupfer, Aluminium oder Stahl, wenn die Temperatur des Mantels schnell für bis zu 10 Sekunden auf 148,9 bis 454,4°C erhöht und dann rasch abgeschreckt oder gekühlt wird, um die Schmelztiefe zu kontrollieren. Es sind dieses keine begrenzenden Verfahrensbedingungen, jedoch typisch bei gewöhnlichen Verarbe itungSgeschwindigkeiten . Beispielsweise können kleine kabel mit Aluminiummänteln erfolgreich verbunden (verklebt) werden, wenn o sie für nur zwei oder drei Sekunden auf 315,6 C erhitzt verden, während größere Kabel längere Erhitzungszeiten erfordern, um die gewünschte Schmelztiefe zu erhalten, die gewöhnlich bei etwa 0,025 - bis 0,508 mm, je nach Stärke des Kabels gehalten vird, jedoch umfassen diese Grenzen nicht alle Stärken (Größen) und Typen, für die die Erfindung angewandt werden kann.
• Die geschäumte Isolation kann mit der Innenseite des Mantels bei einer niedrigen Temperatur verbunden oder verklebt verden, wenn ein haftungsförderndes Material benutzt wird. Wenn der Mantel um die isolierte Seele gebildet wird, kann ein solches haftungsförderndes Material auf die nach dem Formen die Innenseite bildende Oberflache des Mantels oder auf die äußere Oberfläche der Schaumstoffisolation aufgebracht werden. Wenn die isolierte Seele in einen bereits gebildeten nahtlose Mantel eingezogen wird ist es unpraktisch, die Innenseite des Mantels zu beschichten, und das haftungsfördernde Material wird auf die Außenseite der isolierten Seele au£gebracht, bevor die Seele in das nahtlose Rohr gezogen wird.
• Der Vorteil der Vervendung von haftungsförderndem Material liegt darin, daß es bei niedriger Temperatur als die Schaumstoffisolation schmilzt. Beispiele geeigneter haftungsfördernder Materialien sind die amorphen Polypropylentypen, die von der Avisun Corporation hergestellt werden, beispielsveise der Typ Oletac TD-133, und diese können für besondere Zwecke und Konstruktionen benutzt werden, wo es nicht erwünscht ist, den Mantel über etwa 148,9 bis 204,40 C zu erhitzen. Auch Polyolefin- und Acrylsäurecopolymere können zur Verbesserung der Haftung benutzt werden. Dieser Typ von Polymeren ist auch als Polyolefincopolymere mit Gehalt an Carboxylgruppen bekannt und nützlich, eine Bindung unter erschweren Umveltbedingungen aufrechtzuerhalten.
• Kurz jenseits des Erhitzers 40 läuft der Mantel 12 durch eine Abschreckkammer 44, in der Wasser oder ein anderes Ktihlmedium 46 von einer oder mehreren Düsen 48 auf den Mantel 12 geleitet wird.
• Dieses Abschrecken oder Abkühlen dient als ein Mittel zur Regelung der Schmelztiefe. Die Zeitdauer zwischen dem Erhitzen und Abschrecken hängt von dem axialen Abstand der Abschreckkammer 44 vom Erhitzer 40 und von der Durchlaufgeschwindigkeit des tabels ab.
• Die Schmelztiefe kann geregelt werden, indem man die Stärke des Erhitzens oder1Durchlaufgeschwindigkeit des Kabels oder den Abstand der Abschreckkammer vom Erhitzer verändert. Vorrichtungen@ zur Veränderung der Geschwindigkeit und /oder der Leistung der Winde 22 sind schematisch in Fig.1 als Motor 50 gezeigt, der die Raupenwinde 22 antreibt und Uber eienen Geschwindigkeitsregler 54 von einer Zuleitung 52 her mit Strom versorgt vird.
• Jenseits der Abschreckkammer 44 wird der Kabelmantel durch eine ueitere Winde 22' fortbewegt, die einen Antrieb ähnlich der Winde 22 besitzt, der mit den gleichen Bezugszahlen unter Anfügung eines Indexstriches bezeichnet ist.
• Der Grund für die Verwendung von zwei Winden22 und 22' ist, einen übermäßigen Zug am Kabelmantel zu vermeiden, während er von der Heizvorrichtung 40 erwärmt wird. Ein erheblicher Zug ist erfornicht angetriebene derlich, um den Kabelmantel durch die Drückform 20 oder, falls / Walzen verwendet werden, die Reduzierwalzen zu ziehen, und die durch diesen Zug im Mantel erzeugte Zugspannung ist mehr, als das Rohr ohne Streckung aushalten kann, wenn es hoch erhitzt ist.
• Wenn die Geschwindigkeit der beiden Motoren 50 und 50': gleichzeitig erhöht wird, erhöht sich die Durchlaufgeschwindigkeit des Kabels durch die Vorrichtung. Die Geschwindigkeitsregler 54 und.
• 54' sind unabhängig voneinander einstelibar, und dieses ist ein wichtiges Merkmal. Der Regler 54 wird so eingestellt, daß die Winde 22 die gesamte oder wenigstens den größten Teil der zum Durchziehen des Kabelmantels 12 durch die Drückform 20 erforderlichen Zugkraft liefert. Der Regler 54' wird so eingestellt, daß die Leistung des Motors 50' und die Zugkraft der Winde 22' kleiner als der zum Strecken des Mantels 12 erforderliche Zug ist, während der Mantel heiß ist und von der Heizvorrichtung 40 her durch die Abschreckkammer 44 läuft.
• Qbleich es wirtschaftlicher ist, die isolierte Seele und den Mantel in einem kontinuierlichen Vorgang mit dem Herabdrücken des Mantels und dem Erhitzen und Abkühlen gemäß der Ereindung durchzuführen, müssen diese Verfahrensschritte nicht notwendigerweise kombiniert werden. Schaumstoff isoliertes Kabel, dessen Mantel engsitzend um die isolierte Seele paßt, kann von Spulen zugeführt werden, auf denen es gelagert sunde, und kann durch Erhitzen und Abschrecken gemäß der Erfindung behandelt werden. In solchen Fällen ist es nicht erforderlich, zwei Raupenwinden zu verwenden, da das Kabel nur einer sehr geringen Zugspannung unterworfen ist, wenn es nur von einer Spule abgewickelt wird.
• Zusätzlich zum Verbinden der Schaums toffisolat ion mit dem Mantel und zum Ausgleichen der Drücke in der Isolation dient das Erhitzen des Mantels durch dieHeizvorrichtung 40 noch einem weiteren wichtigen Zueck. Bei Verwendung von Aluminium- und Kupfermänteln wird das Metall durch den Drückvorgang, welcher den Durchmesser des Mantels verringert, so daß er eng um die isolierte Seele paßt, verfestigt. Diese Verfestigung(Härtung) macht das kabel steif. Das Erhitzen des Mantels gemäß der Erfindung läßt den Mantel an (tempert ihn) und erhöht wesentlich die Biegsamkeit des Kabels.
• Obgleich die in Fig. 1 gezeigte einzige Erhitzungs- und AbkUhlungsstufe benutzt werden kann, um sowohl die Schmelzbindung und einen gewissen Grad von Temperung des Mantels zu bewirken, erhält man bessere Ergebnisse mit einem zweistuPigen Erhitzen und Abschrekken, wie in Fig. 2 gezeigt.
• Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung Umfaßt die Heizvorrichtung 40 und Abkühlungskammer 44 sowie eine zweite Heizvorrichtung 60 und Abkühlkammer 64, die in Laufrichtung des Kabelmantels 12 jenseits der Abkühlkammer 44 angeordnet sind. In der Abkühlkammer 64 wird der Mantel durch Wasser t6 oder ein anderes Kühlmedium abgekühlt und abgeschreckt, das aus einer Düse 68 in gleicher Weise wie bereits für die Abschreckkammer 44 beschrieben, auf ihn abgegeben wird. Die Teile 40 und 44 sind einander näher benachbart als bei der Vorrichtung der Fig. 1. Die abgegebenen Heizleistungen der Heizvorrichtungen 40 und 60 können durch übliche Pegels vorrichtungen eingestellt werden.
• Die Fig. 3 und 4 erläutern den Unterschied im Verfahrensablauf gemäß der Erfindung bei Verwendung des einstufigen bzw. zweistufigen Erhitzens gemäß Fig. 1 bzw. 2. Fig. 3 zeigt, daß der Mantel während einer Zeit T1 rasch auf eine Temperatur von etwa 315,6 bis 398,90 C erhitzt wird. Während der Mantel jenseits der Heizvorrichtung zur Abschreckkammer weiterläuft, kühlt er sich während der Zeitdauer T2 ab. Im Verlauf der Zeit T3 wird dann der Mantel rasch auf Raumtemperatur abgekühlt. Dieser Erhitzungsvorgang ist weder für das Anlassen (Tempern) des Mantels noch für das Schmelzen der geschäumten Isolation ideal, jedoch ein praktischer und wirksamer Kompromiß, wenn sowohl das Anlassen wie das Schmelzen im gleichen Verfahrensgang durchgeführt verden sollen.
• Fig. 4 zeigt das zweistufige Erhitzen und Abschrecken der Fig.2.
• Der Mantel wird rasch auf eine höhere Temperatur als in Fig. 3, 371.1°C bis (700-800° F) beispielsweise auf etwa/426,7°C /, erhitzt und sofort abgekühlt, um ein übermäßiges Schmelzen der geschäumten Isolation zu verhindern. Während das kabel zur nächsten Erhitzungsstufe Leiter läuft, kann alles während des Anlaß-Erhitzens erweichte oder geschmolzene Kunststoffmaterial abkühlen. Der Mantel wird dann erneut auf eine' Temperatur erhitzt, die genügend hoch ist, um die Ausbildung der Bindung zwischen der geschäumten Isolation und der Mantel zu bewirken, und die Erhitzungsdauer TP ist lang genug, um die gewwnschte Erweichungstiefe zu erzeugen, die zum Ausgleich der Drücke und zum Hervorruien des Fließens in etwaige Unregelmäßigkeiten erforderlich ist. Während dieser Zeit T@ wird das Erhitzen bei einer genügend niedrigen Temperatur durchgeführt, daß der Schaum die gewünschten $Temperaturgradienten entwickelt.
• bis 315,6°C (400-600° F) Geeignet ist beispielsweise eine Temperatur von 204,4 C,#wie in Fig. 4 gezeigt. Die für diese zweite Erhitzungsperiode angetandte Temperatur kann höher oder niedriger sein, Je nachdem, ob ein haftungsförderndes Material benutzt wird, wie oben beschrieben, und je nach dem Erweichungspunkt des besonderen benutzten Schaumstoffs.
• Fig. 6 zeigt das fertige Kabel mit dem Außenmantel 12 aus angelassenem Metall, der durch eine angeschmolzene äußere Kunststoffschicht 34' mit der Schaumstoffisolation 34 verbunden ist.
• Wenn auf der Innenseite des Mantels 12 oder der Außenseite der Isolation 34 ein haftungsförderndes Material benutst wird, bildet es eine Schicht 35, wie in Fig. 7 gezeigt.
• Fig. 7 zeigt ein Kabel ähnlich dem der Fig. 6, außer daß die Seele zwei Leiter 70 enthält, von denen jeder mit einer Isolationsschicht 72 beliebigen Typs überzogen ist. Diese Leiter 70 mit ihrer Isolation 72 sind ein verdrilltes Paar, und es wird für Zwecke dieser Erfindung angenommen, daß sie eine von einer Schaumstoffisolation 34, die den Zweck der üblichen Gürtelschicht erfüllt, umgebene Seele sind.
• Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Kabels gemäß der Erfindung. Bei dieser Abwandlung besteht die Seele aus einem Leiter 76, und die Schaumstoffisolation zwischen dieser Leiter seele 76 und dem Mantel 12 ist in zwei Schichten aufgebracht, statt der in Fig. 6 gezeigten einzigen Schicht. Diese zwei Schichten sind eine Innenschicht 78 von Schaumsto£fisolation und eine Außenschicht 79, ebenfalls von Schaumstoffisolation. In der Praxis können diese beiden Schichten 78 und 79 nacheinander oder 7gleichzeitig extrudiert werden, und die Außenschicht 79 ist ein weicherer oder weniger dichter Schaum als die Innenschiaht 78.
• Die weichere Schicht 79 hat den Vorteil, sich UnregelmW3igkeiten im Mantel 12 leichter anzupassen.
• Fig. 9 und 10 zeigen ein Beispiel einer Art von Unregelmäaigkeit, bei der die Erfindung besonders nützlich ist. In Fig. 9 hat ein Mantel 90 eine Naht 92, mit einem Grat oder einer Raupe 94, welche die Isolation 34 auf beiden Seiten des Grats oder der Raupe 94 in einem Abstand von der Innenfläche des Mantels 90 halte so daß'auf beiden Seiten der Raupe 94 Hohlräume 96 freibleiben. Dadurch würde eine wesentliche Fläche der Isolation mit dem Mantel unverbunden bleiben, falls die Isolation nicht fliessen würde, um die Hohlräume 96 zu fUllen.
• Fig. 10 zeigt, wie die Isolation 34 einfließt und die Hohlräume auf beiden Seiten des Grats oder der Raupe 94 auffüllt, wenn die unter einem gewissen Druck stehende Isolation 34 auf ihren Erweichungspunkt erhitzt wird.

Claims (1)

1. Patent ansprüche

   g Elektrisches Kabel mit einer wenigstens einen Leiter enthaltenden Seele, einem rohrförmigen, die Seele um, gebenden Metallmantel mit erheblich größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Seele und einer den Raum zwischen der Seele und dem Mantel füllenden geschäumten dielektrischen Isolation, die mit der Seele verbunden und an den Mantel durch Anschmelzen gebunden ist.

   2.) Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation ein zellulär geschäumtes Polyolefin ist und zwischen diesem und dem Metallmantel eine hermetische Versiegelung gebildet ist.

   3.) Elektrisches Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation aus geschäumtem Polyäthylen oder geschäumtem Polypropylen und der Mantel aus Aluminum oder Kupfer besteht.

   4.) Elektrisches Kabel nach einem der Ansprtiche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzverbindung der Isolation mit dem Mantel eine dünne Schicht von Isolation enthält, die dichter als der darunter liegende Schaumstoff ist und Uriregelmäßigkeiten an der Innenfläche des Mantels ausfüllt.

   5.) Elektrisches Kabel nach einem der AnsprUche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff in zwei Schichten, nämlich einer Innenschicht und einer Außenschicht, vorliegt, von denen die letztere aus einem weicheren Schaum als die Innenschicht besteht, um die Auswirkungen der Kompression des Mantels weitestmöglich zu verringern und einegleichmdaigere Bindung und hermetische Versiegelung am Mantel zu erreichen.

   6.) Elektrisches gabel nach einem der AnsprUche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Schaumstoffs mit dem Mantel eine Außenschicht aus haftungsförderndem Material enthält, welche die Schaumstof£isolation bei einer niedrigeren Temperatur als die Schmelztemperatur des Schaumstoffs mit der Innenfläche des Mantels verbindet.

   7.) Elektrisches Kabel mit einer Leiterseale, einer die Leiterseele umgebenden Isolation, die ein geschä-umtes dielektrisches Material enthält, einem die Isolation umgebenden Metallmantel und einer dünnen Schicht von haftungsförderndem Material an der Außenseite der geschäumten Isolation zwischen dem Schaumstoff und dem Metallmantel, die sowohl an den Schawnstoff wie den Metallmantel gebunden ist.

   8.) Elektrisches Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das haftungsfördernde Material ein amorphes Polypropylen, Polypropylencopolymer oder Copolymer von Polyolefin und Acrylsäure, ist.

   9.) Elektrisches Kabel nach einem der AnsprUche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel aus Aluminium oder Kupfer besteht und augelassen (getempert) ist.-10.) Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß um eine Kabelseele eine½Schaumstoffisola'tion aufgebracht, die Isolation mit einem Metallmantel umgeben und die Isolation durch Erhitzen des Mantels an die Innenfläche des Kabelmantels durch Schmelzen gebunden wird.

   1 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumt Isolation mit fester Berührung gegen den Metallmantel zusammengedrückt und dann wenigstens ein Teil des Kompressionsdrucks aufgehoben und die Isolation veranlaßt wird, alle Unregelmäßigkeiten an der Innenfläche des Mantels zu füllen, indem der rohrförmige Mantel auf eine Temperatur erhitzt wird, welche den den Mantel berührenden Teil der Isolation zu einem fließfähigen Zustand erweicht, wodurch die Isolation in alle Unregelmäßigkeiten an der Innenfläche des Mantels fließt.

   12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr rasch erhitzt und anschließend rasch abgekühlt wird, um die Eindringtiefe der Schmelze der geschäumten Isolation zu begrenzen.

   13.) Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die schaumstoffisolierte Seele Portschreitend mit einem Metallmantel, dessen Innendurchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser der Seele ist, umgeben wird, bei kontinuierlicher Fortbewegung von Seele und Mantel der Mantel auf einen Durchmesser gedrückt wird, der nach dem DrUckvorgang die Berührung des Mantels mit der Isolation mit einem geregelten Druck bewirkt, die Isolation durch Erhitzen des Mantels an die Innenfläche des Mantels gebunden und die Erhitzungsdauer durch Einstellung der Geschwindigkeit der kontinuierlichen Fortbewegung geregelt wird.

   14.) Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Mantel eine Zugkraft ausgeübt wird, die ihn durch die den Mantel drückende Vorrichtung zieht, die Hitze zum Schmelzverbinden en einer in der Zugrichtung des Mantels jenseits des Angriffs der Zugkraft liegenden Stelle angewandt und der Mantel zur Weiterbewegung über den Erhitzungsbereich hinaus gezogen wird, wobei dieses letzte Ziehen mit einer geregelten Kraft erfolgt, so daß der Mante)}bei der erhöhten Temperatur während seines Erhitzens nicht über seine elastische Grenze (Nachg-ebepunkt) hinaus beansprucht wird.

   15.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation mit einem haftungsfördernden Material, das sich sowohl mit der Isolation wie mit dem Mantel verbindet, beschichtet, der Mantel gebildet wird, indem ein Metallbad längs um die isolierte Seele zu einem Rohr geformt und die Naht des Rohrs durch Schweißen geschlossen wird1 und das Rohr durch Drücken in Berührrung mit der mit Klebmittel beschichteten Seele gebracht wird.

   16.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mit einem haftungsfördernden Material, das sich spwohl nit der Isolation wie mit dem Mantel verbindet, beschichtet wird, den Mantel durch Längsfalten eines Metallbandes uin die isolierte Seele zu einem Rohr und Verschweißen der Rohrnaht gebildet und daD Rohr in Berührung mit der isolierten Leiterseele gedrückt wird.

   17.) Verfa1ren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Seele ein wärmeaktivierbares haftungsförderndes Material aufgebracht und nach dem Herunterdrücken des rohrförmigen Mantels in Berührung mit dem haftungsfördernden Material letzteres durch Erhitzen les Mantels aktiviert wird0 18.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Seele mit einer ersten Schicht aus Schaumstoffisolation überzogen und diese mit einer äußeren Schicht aus weicherer Schaumstoffisolation überzogen wird, über die weichere Isolation ein Metallmantel mit etwas Druck gegen die weichere Isolatinn aufgebracht und die Isolation durch den Metallmantel hindurch erhitzt wird.

   19.) Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß genügend erhitzt wird, um die Temperatur des Mantels au£ eine Anlaß- (Temper-) Temperatur zu erhöhen, und der Mantel durch einen Strom von Kühlmedium gekühlt wird, so daß das Erweichen der Isolation begrenzt wird.

   20.) Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Mantels in zwei Stufen erfolgt, indem in einer ersten Stufe das Metall des Mantels in einer kurz dauernden Heizperiode auf eine Anlaßtemperatur gebracht wird, so daß ein übermäßiges Schmelzen des Schaumstoffs innerhalb des Mantels vermieden wird, und in einer zweiten Stufe das Metall des Mantels auf eine wesentlich unter der Anlaßtemperatur liegende Temperatur für eine längere Zeit als in der ersten -Stufe erhitzt wird, um eine gewünschte Tiefe des Erreichens der geschäumten Isolation zu erhalten.

   21.) Verfahren nach einem der Ansprüche 110 bis 14 , dadurch ge kennzeichnet, daß es auf ein Kabel von ungefähr 6,35 bis 63,5 mm Durchmesser mit einem Aluminiummantel von etwa 0g254 bis 3,81 mm Dicke und einer geschäumten Polyäthylenisolation mit einer spezi-(Luftgehalt) fischen Dichte/von ungefähr 45% angewandt wird, das Kabel und der Mantel kontinuierlich an einer Heizvorrichtung vorbeigeführt werden, die Geschwindigkeit des Kabels mit der Stärke und Länge der Heizvorrichtung so abgestimmt werden, daß der rohrförmige Mantel in weniger als 10 Sekunden auf eine Temperaturvon etwa 260 bis 454,40 C erhitzt wird, der rohrförmige Mantel nach Erreichen dieser Temperatur schnell abgekühlt und die Seele und der Mantel während des Erhitzens und ühlens und während des Durchlaufs vom Erhitzungs- zum Abkühlungsbereich in einer geraden Linie gehalten werden.

   22.) Verfahren zur herstellung von elektrischen Kabeln, die eine von einer Schaumstoffisolation umgebelle Seele in einem satt anliegenden Metallmantel besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel für eine solche Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, daß die Außenseite der Schaumstoffisolation erweicht.

   23.) Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel während wenigstens eines Teils der Erhitzungsdauer auf eine zwn Anlassen des Metallmantels ausreichend hohe Temperatur gebracht wird.

   24.) Vorrichtung zum Herstellen von metallummantelten elektrischen Kabeln mit zellulärer Schaumstoffisolation insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Fortbewegen eines elektrischen Kabels mit einer schaumstoffisolierten Seele in axialer Richtung, wobei wenigstens ein Teil des Schaumstoffs unter einem gewissen Druck gehalten wird, eine Heizstation mit einer Heizvorrichtung, welche die Temperatur des Mantels auf eine über der Erweichungs- und Fließtemperatur des Schaumstoffs liegende Temperatur erhöht und die auf die Geschwindigkeit der Kabelfortbewegungsvorrichtung abgestimmt ist, so daß der Schaumstoff erweicht und der Druck zwischen dem Schaumstoff und Mantel gleichmäßiger rings um den Umfang des Kabels verteilt. wird.

   15.) Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung eine genügende Heizleistung besitzt, um den in Berührung mit der Innenfläche des Mantels stehenden SchaumstofP zu schmelzen und die Isolation mit dem Mantel zu verbinden.

   t6) Vorrichtung nach Anspruch 24 oder zu dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter der Heizstation eine Abschreckvorrichtung in einer solchen Stellung vorgesehen ist, daß die Isolation gekühlt wird, bevor sie auf ein verringertes Volumen schmilzt, welches den Quersch-nitt des Metallmantels nicht mehr ausfüllt.

   27.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dan die Ifeizvorrichtung eine genügende Heizleistung besitzt, um das Metall des Mantels während des Durchlau£s des Kabels durch die Heizstation auf seine Anlaß- (Temper) Temperatur zu erhitzen.

   »2.) Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für ein Kabel mit einem aus Aluminium oder Kupfer bestehenden Mantel eingerichtet ist und die Heizvorrichtung eine genügende Heizleistung besitzt, um die Temperatur des Aluminium-0 mantels auf über etwa 426,7 C zu erhöhen.

   29,) Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, gekennzeichnet durch eine jenseits der Heizstation vorgesehene, mit Einrichtungen zum Abkühlen des Mantels und der Isolation unter die Schmelztemperadie tur des Schaumstoffs ausgestattete Abschreckstation,/von der Heizstation in Laufrichtung stromabwärts in einem Abstand angeordnet ist, der auf die Kabeldurchlaufgeschwindigkeit abgestimmt ist, so daß die Temperatur des Mantels lange genug oberhalb der Erweichungs- und Fließtemperatur des Schaumstoffs gehalten wird, daß der Schaumstoff Unregelmäßigkeiten im Querschnitt des Mantels ausgleichen kann, jedoch kurz genug, daß ein Schrumpfen des Schaumstoffs auf ein kleineres Volumen als der vom Mantel eingeschlossene Querschnitt, vermieden wird.

   einem der 30.) Vorrichtung nach/Ansprüche 24 bis 29, gekennzeichnet durch zwei längs der Laufstrecke des Kabels angeordnete Heizstationen, eine an der ersten Heizstation vorgesehene Heizvorrichtung mit genügender Heizleistung, um das Metall des Mantels auf seine Anlaßtemperatur zu erhitzen, eine an der zweiten Heizstation vorgesehene Heizvorrichtung mit genügender Heizleistung, um den Mantel und die darunterliegende Isolation auf eine wesentlich niedrigere Temperatur als die in der ersten Heizstation, jedoch über der Erweichungs- und Fließtemperatur des Schaumstoffs zu erhitzen.

   31,) Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschreckstation nahe bei der ersten Heizstation vorgesehen ist, wodurch das Metall des Mantels sofort nach Er-reichen der Anlaßtemperatur auf eine unter der Schmelztemperatur des Schaumstoffs liegende Temperatur abgekühlt wird, und jenseits der zweiten Heizstation in einem größeren Abstand als der der erstgenannten Abschreckstation hinter der ersten Heizstation eine zweite Abschreckstation vorgesehen ist, wo der Schaumstoff wiederum unter seine Schmelztemperatur abgekühlt wird.

   32.) Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Heizstation eine Heizleistung besitzt, welche den Mantel rasch auf etwa 371,1 bis 426,70 C erhitzt, und die zweite Heizstation eine Heizvorrichtung mit einer Heizleistung besitzt, welche den Mantel und den Schaumstoff auf eine Temperatur von etwa 204,4 bis 315,60 C erhitzt.

   33.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 32, gekennzeichnet durch eine Drückvorrichtung, welche einen überweiten Mantel bis auf sattes Anliegen an der schaumstoff isolierten Seele herabdrückt, und eine Ziehvorrichtung zum Durchziehen des Mantels durch die Drückvorrichtung, wobei die Heizstation jenseits der Ziehvorrichtung, welche den Mantel durch die Drückvorrichtung zieht, angeordnet ist, wodurch der Zug auf den Mantel ausgeübt wird, bevor er an der Heizstation erhitzt wird.

   34.) Vorrich@@@@@@ nach Anspruch @@ @ dadurch gekennzeichnet, daß eine @eite @@@@@@@@@ @@@@@@ @@@@@@ @chziehen des Man @@ @@rch die Heizs@@@@@@ @@@@ @@@@ @@@@@@@@@ @@@@@@@@ @@@icht@@@@@n fül den Be trieb beider Mantelzugvorrichtungen vorgesehen sind, wobei die elektrisch betriebenen Vorrichtungen den größten Teil ihrer Leistung an der ersten Mantelzugvorrichtung abgeben.

   3) ) Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeich not, daß die Manteldrückvorrichtung eine Form ist und die Manteldurchziehvorrichtung zwei Raupenwinden besitzt, von denen die erste zwischen der DrtickEorm und der Heizstation und die zweite jenseits der Ileizstation in Richtung des Kabeldurchlaufs angeordnet ist, jede der Winden mit einem gesonderten Motor und unabhängig betreibbaren Regler zur Einstellung der Energiezufuhr jedes Motors versehen ist, wobei der Motor der ersten Winde so eingestellt ist, daß diese auf den Mantel einen wesentlich größeren Zug als die zweite Winde ausübt, und der Regler des Motors der zweiten Winde so eingestellt ist, daß letztere auf den Mantel einen Zug ausitbt, der kleiner als die Zugfestigkeit des erhitzten Mantels ist.

   36.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 3 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei lfianteldurchziehvorrichtungen zwei Heizstationen vorgesehen sind, von denen die erste eine Heizvorrichtung mit genügender Heizleistung, um das Metall des Mantels auf seine Anlaß temperatur zu erhitzen, und die zweite Heizstation eine Heizvorrichtung mit genügender Heizleistung, um die Isolation auf eine wesentlich niedrigere Temperatur als die der ersten Heizstation,jedoch höher als die Erweichungs-und Fließtemperatur des Schaumstoffs, zu erhitzen.

   L e e r s e i t e