DE2018404C

DE2018404C - Tieftemperaturkabel

Info

Publication number: DE2018404C
Application number: DE19702018404
Authority: DE
Inventors: Theodor A. Dr.-Ing. 6200 Wiesbaden; Bochenek Eduard Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Buchhold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1970-04-17
Publication date: 1972-07-13

Description

Die Erfindung belrifft ein TieftemperiUurkubel mit einem rohrförmigen Leiter, der uns gowendelten, mit Abstund voneinander ungeordneten Teilleitern besteht, wobei die Teilleiter von einer Isolierung umhüllt sind. die Ulis gewandelten Bändern besteht.

Es ist bereits ein elektrisches Kübel bekannt, welches ims mindestens zwei konzentrischen Mänteln uus leitendem Metall und uus einer gewickelten Isolierung besteht, wobei der Leiter im wesentlichen in Form mindestens einer Schraube ungeordnet ist, an in welcher eine Isolierhülle unliegt, wobei das Verhältnis der AusdehiHings- oder Schrumpfungskocflizientcn des Leiters und des Isoliermaterials so gewählt ist, daß die Isolierhülle bei einer Temperaturänderung auf diese Schraube einen Druck ausübt und dadurch eine Verlängerung oder Verkürzung bewirkt, welche die Wirkung der Temperaturänderung kompensiert. Der Leiter besteht aus schraubenförmig und mit Abstand voneinander angeordneten Teilleitern, so daß bei einer Temperaturänderung die Kabellänge infolge ao einer gleichzeitigen Änderung des Schlagwinkels und des Durchmessers der Schraubenwindungen konstant bleiben soll (deutsche Offenlegungsschrift I 814036).

Beim bekannten Kabel drückt die Isolierung auf den Leiter, und damit drücken auch die Isolierlagen aufeinander, wodurch sich eine erhöhte Reibung ergibt. Bei /u großer Reibung verhallen sich der Leiter und die Isolierung wie massive Körper, und es entstehen große Kräfte in den Körpern und an den Verankerungen.

Der Lrlindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle Reibung bei einer Kontraktion klein zu hallen, wie beispielsweise die zwischen Leiter und Isolierung und zwischen den Isolierlagen der Bänder.

Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß Leiter und Isolierung in Abständen verankert 3 = sind, daß im Innern des Leiters Stützelemcnte angeordnet sind und daß die radiale Kontraktion der Stüt/eleinenle gleich oder größer und die radiale Kontraktion der Bandisolierung gleich oder kleiner als die radiale Kontraktion des Leiters ist und daß die 4« Schlaglänge der Bandisolierung kleiner als die der Teilleitcr ist.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Ls zeigt

Fig. 1 das Kabel mit seiner abschnittweisen Verankerung,

F i g. 2 eine Scliniltansicht der Teillciter,

F i g. 3 die Mittellinie eines der gewendelten Teilleiter, falls auf einer Schlaglänge der Zylinder längs aufgeschnitten und in der Lbene ausgebreitet ist,

F i g. 4 einen Ausschnitt des Leiters mit Stiitzelementen, F i g. 5 I lalleclcmente für die Stützclemente,

F i g. 6 weitere mögliche Stützelemcnte,

F i g. 7 einen Ausschnitt des Leiters mit aufgebrachter Isolierung und Wellrohren,

F i g. X eine Zwischenverankerung des Kabels.

Wie in tier F i g. 1 dargestellt, erfolgt die Verankerung des Kabels 1 mittels Kabelmuffen 2 beispielsweise alle 200 m. Die Muffen 2 sind mit dem Erdboden der Umgebung verankert.

Der Leiter besteht nach F i g. 2 in bekannter Weise aus einer An/uhi von Ί eilleilern 3, welche voneinander einen Abstand α haben. Die Tcilleilcr sind schraubenförmig gewickelt, lid eini'i koittraklioii verhalten sich die gewoiulelten Teilleitcr wie Spiralfedern, die an ihren Verankerungen (EiidverschlUsso) festgehalten sind. Die auftretenden Kräfte werden klein sein, fulls die Schlnglönge nicht zu groß und die Einzelleiter nicht zu dick sind.

Es besteht nun die Forderung, daß die Teilleiter bei ihrer Kontraktion nicht durch Reibung übermäßig gehindert werden. Die Verhältnisse werden nachstehend un Hund der F i g. 3 näher erläutert.

Der Umfang des Leiterzylinders ist μ =- Inn., Falls die Länge / sich um I/ ^; ctrf verkürzt, wird aus /die kleinere Länge/', und der Umfang // wird 11' und ist um Au verkleinert.

Folgende Beziehung läßt sich ubleiten:

• Ir/.

I/

•u

/I/

An. \ι. ri. \ w.ru

Die Gleichung 1 zeigt, daß sich der Radius/·/, um ilen Betrag

j²
α u ri.

_l(i

stärker verkleinert als \/,//., welches der Kontraktion eines zylindrischen Leiters ohne gewendelte Teillciter entspricht. Dies ist auch der Grund, daß die Teilleiter mit Abstand voneinander angeordnet sein müssen. Ferner ist ersichtlich, daß sich bei der Kontraktion der Schlagwinkel γ um Ay verkleinert.

Wie aus der F i g. 4 ersichtlich, sind die Teilleitcr 3 beispielsweise auf Ringe 4 abgestützt. Da die Teilleiter 3 sich bei der Kontraktion gegen die Ringe 4 um /Iy verdrehen, entsteht Reibung, die klein gehalten werden muß. Die Aufprcßkruft zwischen Teilleitern und Ringen soll dabei so klein wie möglich sein. Entsprechend sind die Ringe 4 derart ausgebildet, daß deren Kontraktion

mindestens gleich oder besser etwas größer als die Kontraktion

<*i.n. M -H

Gl. 2

der Teilleiter ist, also falls

Il ä Λ/,

Das bedeutet, daß der Kontraktionskoeffizient -\_/; der Ringe 4 größer als der Kontraktionskoeffizient \/, des Leitermaterials sein muß. Isolierstoffe haben einen Kontraktionskocflizicnten bis zu 3"/o, und für die Ringe 4 ist ein Isolierstoff gewählt, welcher

Arn ä /I/·/,

erfüllt. Am ist aus Rcibungsgriinden zweckmäßig etwas größer als An,.

Um vor der Montage die Ringe 4 bereits im richtigen Abstand (zwischen 5 und 10cm) voneinander zu' haben, können diese nach F i g. 5 durch Drähte 5

Claims

miteinander verbunden worden, Am liinenumfung Polytetralluaruthylon gtgen Papier. Die günstige

können drei oder vier solcher DrillUe verteilt sein. Die Reibung des Polytetrafluoräthylens kann ausgenutzt

Ringe haben in diesem Pail Schlitze 6, in welche .sich werden, indem tuif einem dickeren Papitrband

die Ddihte hineinlogen können. Die Ringe haben oine einseitig oder beidseitig dünne Polytetrttßuorilthylon-

RiIIe 7, um den Draht S aufzunehmen. Falls die S folien aufgebracht werden. Auch ein Aufsprühen ist

Drähte 5 und 8 mit einer kleinen Vorspannung ge- möglieh.

bogen sind, besteht eine genügende Verbindung mil Bs UiIH sich zeigen, d»l3 breite Bänder nicht zweck-

den Ringen, um das Aufwickeln der Leiterwendeln zu müßig sind, sondern daß es für oine geringe Reibung

ermöglichen. Beim Abkühlen muß die Kontraktion günstiger ist, bei gegebener Schlaglünge mehrere

des Drahtes S durch eine BiegungselnstiziUU, beispicls- io parallele Blinder zu verwenden, wie in der F i g. 7

weise durch die bei 8, aufgenommen werden, so daß dargestellt. Die Isolierbänder Il bis 14 einer Lage

keine zu großen Lilngskrüfle entstehen, füne größere liegen mit einem kleinen Abstand nebeneinander. Wie

Elastizität wird erreicht, falls der Draht dicht hinter 8 nicht weitet dargestellt, sind mehrere solcher Lagen

nach oben zurückgebogen wird. verwendet.

Die F ί g. 6 zeigt eine weitere Art der Abstützung 15 Bei einer Abkühlung entsteht bei einer Dicke d

für den Leiter. Es ist dies eine Wendel 9 aus Kunst- zwischen den Bündern ein Gesamtspiel

stoff, wobei deren <sw und die Schlaglilnge sw derart _a

gewühlt werden, daß . ilx„^s,

u^%

<*/. (1 I '\ Gl. 3 was aus Gründen der Reibung günstig ist. Die Schlag-

\ "" Hinge .ί» ist daher nicht /u klein zu wählen. Fs ist

wird. ferner günstig, wenn die Bänder der oberen Isolierlagen

Eine schmale Wendel aus Kunststoff hat mit Rück- eine etwas kleinere Schlaglänge als die der unteren

sieht auf die Herstellung des Kabels eine zu große 25 haben.

Längselastizität, welche durch eine breitere Wendel Wie F i g. 7 weiter zeigt, ist der Leiter 3 einsehließreduziert werden kann. Jedoch verschlechtert diese lieh der Isolierung 15 innerhalb eines Wellrohres 16 l\cü Zutritt des Kühlmittels zum Leiter. Die Kühlung gelagert. Dieses ist so elastisch, daß die durch die kann verbessert werden, indem auf die breite Wendel 9 Kontraktion hervorgerufenen Kräfte an den Vereine schmale Wendel 10 aufgebracht ist. 30 ankerungen nur gering sind. Das Wellrohr 16 befindet

Der Leiter wird konzentrisch in der Mitte eines sich innerhalb eines weiteren Wellrohres 17, welches

entsprechend bemessenen Wellrohres gelagert und auf normaler Temperatur liegt. Der Raum 18 ist

durch Isolierteile abgestützt, wenn er durch das evakuiert und mit einer nicht weiter dargestellten

Kühlmittel elektrisch isoliert werden soll. Wärmesuperisolierung gefüllt, um den Wärmeeintritt

Eine bessere Isolierung wird erreicht durch Bänder 35 in das Kabel klein zu halten.

aus Papier oder Kunststoff, welche den Leiter um- In F i g. 8 ist die Ausbildung der Verankerung nach

wendeln. Da bei einer Abkühlung die Teillciter sich der F i g. I dargestellt. Zwei Leiterenden 3 sind durch

an jeder Stelle um . Iy verdrehen, entsteht zwischen den Schweißen oder durch Streifen 21 supraleitenden Ma-

Teilleitern und der untersten Lage der Isolierung tcrials verbunden. Die Bündisolierung 22 ist an der

Reibung, die nur mäßig ist, wenn der Aufpreßdruck 40 Muffe in bekannter Weise keulenförmig verstärkt. In

auf die Teillciter klein gehalten wird. Haben die der eng schraffierten Zone 23 sind die Isolierbänder

Bänder den Kontraktionskoeffizienlen \« und die miteinander und mit dem Leiter 3 verklebt, so daß

Schlaglänge sn, so muß zur Kleinhaltung der Reibung zwischen der Isolierung 22 und dem Leiter 3 eine feste

für die unterste Isolierlage m ^ n₄ gelten oder Verbindung besteht. Ein Spannband 24 mit einigen

45 Vorsprüngen 25 umgibt die Keule. Die Vorsprünge 25

(\ μ ^S"^Z\ < ν /1 ι ^>v2\ pi 4 ragen in einen Kanal 26 eines Gehäuses 27, welches

' " [ """ "_H2 J= '' [ "^ „a j · mit den Wellrohren 16 verbunden ist. Die äußeren

Wellrohre 17 sind mit einem Gehäuse 28 verbunden,

Du für Kunststoff λ« größer als -\/, ist, muß die welches normale Temperatur hat, während das Ge-

Schlaglängc sn der Bänder wesentlich kleiner als die 50 häuse 27 tiefe Temperatur hat. Zwischen beiden

der Teilleiter sein. Papierbänder haben eine kleine Gehäusen besteht ein Vakuum. Die Verankerung des

Kontraktion, beispielsweise in der Größenordnung Gehäuses 27 und damit des Kabels relativ zum Ge-

von der des Metalls. Wird das Gleichheitszeichen in häuse 28 erfolgt durch Spanndrähte 29, welche eine

Gleichung 4 verwendet, so erfordert dies eine große schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. Die Drähte kön-

Schlaglänge sn, was aus praktischen Gründen nicht 55 nen aus rostfreiem Stahl oder geeignetem Kunststoff

zweckmäßig ist. Es wird besser eine kleinere Schlag- bestehen,
länge gewählt, so daß sich bei Abkühlung ein kleines

Spiel zwischen Isolierung und Leiter ergibt und sich Patentansprüche:
somit die Kontraktion der Isolierung ohne zu groß?

Reibung relativ zum Leiter entfalten kann. Haben 60 1. Ticftemperaturkabel mit einem rohrförmigen

benachbarte Lagen der Bänder entgegengerichteten Leiter, der aus gewendelten, mit Abstand von-

Schlag, so ist die gegenseitige Verdrehung 2. Iy. Um einander angeordneten Teilleitern besteht, die von

diese Verdrehung zu ermöglichen, muß die Reibung einer gewendelten Bandisolierung umhüllt sind,

zwischen den Bändern, d. h. der Reibungskoeffizient, dadurch gekennzeichnet, daß Leiter

klein sein. 65 (3) und Isolierung (15) in Abständen (2) verankert

Der Reibungskoeffizient von Papier ist bei niederer sind, daß im Innern des Leiters (3) Stützcleinente

Temperatur schlechter als beispielsweise der von Poly- (4, 9) angeordnet sind und daß die radiale Ko.m-

tetralluoräthylen gegen Polytetrafluoräthylen oder fraktion der Stützelcmente (4, 9) gleich oder größer

und die radiale Kontraktion der Bandisolierung(15) gleich oder kleiner als die radiale Kontraktion des Leiters (3) ist und daß die Schlaglänge {su) der Bandisolierung kleiner als die der Teilleiter (3) ist.
2. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandisolierung je Schlaglänge (sb) aus mehreren parallelen Bändern (11 bis 14) besteht.
3. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandmaterial aus Polytetrafiuoräthylen besteht.
4. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von Isolierlage zu Isolierlage oder von Isolierlagengruppen zu Isolierlagengruppen unterschiedliche Schlaglängen {sji) gewählt sind.
5. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tcilleiter {3) auf Ringe (4) abstützen, deren radiale Kontraktion mindestens der radialen Kontraktion der Teilleiter (3) entspricht.
6. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (4) durcl· Drähte (5) miteinander verbunden sind.
7. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teilleiter (3^ auf eine Wendel (9) abstützen, deren radiah Kontraktion («ir) und Schlaglänge (sw) so abge stimmt sind, daß die radiale Kontraktion de Wendel (9) mindestens der radialen Kontraktioi der Teilleiter (3) entspricht.
8. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß auf die Wendel (9 eine schmalere Wendel (10) aufgebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen