DE2312586A1

DE2312586A1 - Elektrischer leiter

Info

Publication number: DE2312586A1
Application number: DE2312586A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Storey
Original assignee: Delta Metal Electronics Ltd
Current assignee: Delta Metal Electronics Ltd
Priority date: 1972-03-16
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-09-27
Also published as: FR2176101B1; GB1422333A; FR2176101A1; US4006287A; IT982524B

Description

DELTA METAL ELECTRONICS LTD., Field End Road, Ruislip, Middlesex HA4 CQG, England

Elektrischer Leiter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter, bestehend aus mehreren miteinander verdrillten Strängen eines elektrisch leitenden Materials. Hierbei handelt es sich insbesondere um Leiter bzw. Kabel für sehr hohe Stromstärken, wie sie beispielsweise zwischen einem Schweißtransformator und der zugehörigen Schweißelektrode fließen. Derartige Leiter müssen Ströme in der Größenordnung zwischen viertausend und zwanzigtausend Ampere bei Niederspannung mit einer Frequenz zwischen ein und fünfundzwanzig Hertz aufnehmen.

Wegen der notwendigen Flexibilität bestehen beim Elektroschweißen verwendete Leiter aus einer großen Anzahl von feinen Strängen aus Weichkupfer. Diese Stränge sind miteinander verdrillt, und wenn der durch den Leiter fließende Strom sich ändert, verändern sich auch die um jeden die,ser Strärtge erzeugtön

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Magnetfelder. Diese einzelnen Magnetfelder beeinflussen sich zwangsläufig gegenseitig und führen zu Bewegungen der individuellen Stränge des Leiters.

Bei einem aus der US-PS 3 079 460 bekannten Schweißkabel wurden bereits Maßnahmen zur Reduzierung dieser resultierenden Bewegungen der einzelnen Stränge des Leiters ergriffen, um die Lebensdauer des Schweißkabels zu erhöhen. Dieses bekannte Kabel besteht aus einem Kern und einer Anzahl von Strang-Bündeln, die in mindestens zwei äußeren Lagen konzentrisch den Kern umhüllen. Die dem Kern benachbarte Lage besteht aus sechs am Kern anliegenden Bündeln, und die äußerste Lage aus insgesamt zwölf Bündeln. Sämtliche Bündel sämtlicher Lagen sind schraubenlinienartig und in der gleichenRichtung mit gleichem Winkel verdrillt, und die Stränge in jedem Bündel sind so verdrillt, daß jeweils zwei benachbarte Bündel der gleichen Lage in entgegengesetzter Richtung verdrillt sind.

Die Wahrscheinlichkeit eines Strangbruches im Kabel ist bei einer Anzahl von über den Kabelquerschnitt verteilten Punkten besonders groß; diese Punkte bezeichnet man als elektrische Verschleißpunkte. Diese Verschließpuhkte liegen dort, wo Stränge eines Bündels die Stränge des benachbarten Bündels berühren und außerdem die Schlagrichtung der beiden benachbarten Bündel gleich ist. Sicherlich ist es vorteilhaft, ein derartiges elektrisches Kabel so zu konstruieren, daß dabei die Anzahl der Verschleißpunkte auf ein Minimum reduziert wird. Bei dem aus der genannten

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US-PS bekannten Kabel existieren sechs Verschleißpunkte zwischen den Bündeln der äußeren Lage und denen der inneren Lage, und drei weitere Verschleißpunkte zwischen den Bündeln der inneren Lage und dem Kern.

Obwohl das zuvor erwähnte bekannte Kabel bereits einen Fortschritt gegenüber zuvor verwendeten Kabeln darstellt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leiter bzw. ein Kabel der genannten Art weiter zu verbessern.

Erfindungsgemäß' wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine gerade Anzahl, mindestens vier Strang-Bündel sich seitlich berührenden der Weise miteinander verdrillt sind, daß ein den Leiter durchsetzender hohler Mittelkanal gebildet wird, und daß die Stränge jedes Bündels gegenüber denen seiner beiden jeweils seitlich anliegenden Nachbarbündel im entgegengesetzten Sinne verdrillt sind, so daß die Anzahl von im Leiterquerschnitt vorhandenen elektrischen Versclieißpunkten gleich Null ist.

Vorzugsweise werden insgesamt sechs Bündel von Strängen unter gegenseitiger Berührung angeordnet. Das Ergebnis von null Verschleißpunkten wird dadurch erzielt, daß anstelle eines Kernleiters ein hohler Mittelkanal vorhanden ist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Strangbündel einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und wenn jedes Bündel zwei flache Oberflächenabschnitte aufweist,

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wo es auf gegenüberliegenden Seiten seine beiden Nachbarbündel berührt.

Außerdem ist es möglich, einen Leiter so aufzubauen, daß die sechs Strangbündel einen Kern des Leiters bilden und von weiteren zwölf miteinander verdrillten und seitlich berührenden Strangbündeln umgeben sind, daß Stränge jedes äußeren Bündels gegenüber denen seiner beiden seitlich anliegenden äußeren Nachbarbündeln im entgegengesetzten Sinne verdrillt sind, so daß die Anzahl der zwi sehen den zwölf äußeren Strangbündeln im Leiterquerschnitt liegenden elektrischen Verschleißpunkte gleich Null ist, und daß die inneren sechs sowie die äußeren zwölf Strang-Bündel einander so zugeordnet sind, daß zwischen ihnen im Leiterquerschnitt sechs elektrische Verschleißpunkte gebildet werden.

Obwohl es möglich ist, die Schlagrichtung der inneren sechs Bündel des Leiters im gleichen Sinne wie die Schlagrichtung der äußeren zwölf Bündel verlaufen zu lassen, wählt man vorzugsweise den entgegengesetzten Fall und läßt die Schlagrichtung der inneren sechs Bündel in entgegengesetzter Richtung gegenüber der Schlagrichtung der äußeren zwölf Bündel verlaufen.

Die Anordnung eines hohlen Mittelkanals in Längsrichtung durch den Leiter wirkt sich günstig auf dessen Wechselstrom-Leitvermögen aus, weil sich bekanntlich aufgrund der resultierenden elektromagnetischen Induktion die Stromdichte vom Mittelpunkt zum äußeren Bereich des Leiters,verschiebt. Folglich besitzt ein Leiter mit einem hohlen Mittelkanal einen kleineren

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Wechselstromwiderstand als ein massiver Leiter mit gleichem Querschnitt.

Ein hohler Mittelkanal im Zentrum des Leiters gestattet das Hindurchleiten einer Kühlflüssigkeit, gewöhnlich Wasser. Auch für Kühlzwecke liegt der Mittelkanal am günstigsten im Zentrum des Leiters, weil dort der Temperaturanstieg am größten ist.

Erfindungsgemäß aufgebaute Leiter sind bekannten Leitern nicht nur hinsichtlich der reduzierten Anzahl von Verschließpunkten überlegen, vielmehr besitzen diese Leiter den Vorteil einer besseren Flexibilität. Die Verschleißpunkte sind nämlich gleichzeitig eine Reibungsquelle zwischen den einzelnen Strängen, und reduziert man die Anzahl der Verschleiß— punkte, so reduziert man gleichzeitig die interne Reibung im Leiter.

Ein elektrisches Kabel kann aus insgesamt achtzehn elektrischen Leitern der zuvor beschriebenen Art in .* er Weise zusammengesetzt sein, daß sechs schraubenlinienartig miteinander verdrillte Leiter unter Bildung eines das Kabel in Längsrichtung durchziehenden hohlen Kanales einen Kern bilden, wobei aneinander anliegende benachbarte Stränge in jeweils entgegengesetzter Richtung verdrillt sind, während die übrigen zwölf Leiter aneinander liegend in einer gemeinsamen Schraubenlinie um diesen Kern herumgewickelt sind, wobei jeder äußere Leiter gegenüber seinen beiden ihn berührenden Nachbarleitern in entgegengesetzter Richtung verdrillt ist. Der Schlag der inneren sechs Leiter verläuft vorzugsweise gegenüber dem Sch'lag der

äußeren

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Leiter in entgegengesetzter Richtung.

Ferner ist es möglich,ein elektrisches Kabel aus einer geraden Anzahl von Einzelkabeln mit dem zuvor beschriebenen Achtzehn χ Achtzehn-Aufbau, oder aus achtzehn elektrischen Leitern mit dem davor beschriebenen Sechs χ Zwölf-Aufbau zusammenzufügen und diese-Einzelkabel bzw. einzelnen Leitern mit einer Isolier^- hülle zu umgeben, wobei man die eine Hälfte der Kabel oder Leiter der einen Polarität durch eine elektrisch isolierende Trennschicht von den Leitern oder Kabeln der anderen Polarität trennt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen elektrischen Leiter, der aus sechs Bündeln von Strängen aus einem elektrisch leitenden Material aufgebaut ist;

Fig. 2 einen aus achtzehn Strangbündeln eines elektrisch Ie itenden Materials aufgebauten. Leiter;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt

durch ein Kabel, welches aus insgesamt achtzehn elektrisch Leitern gemäß Fig. 1 besteht;

Fig. 4 ein Kabelende in perspektivischer Darstellung;

Fig. 5 einen Endabschnitt einer wassergekühlten Leiterbrücke in perspektivischer Darstellung; und

Fig. 6 eine trockene elektrische Leiterbrücke in perspektivischer Ansicht.

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Der in Fig. 1 schematisch und geschnitten dargestellte elektrische Leiter besitzt sechs Bündel A, B, C, D, E und F aus Kupfersträngen bzw. -Drähten von beispielsweise 0,25 mm Durchmesser. Jedes dieser Bündel kann beispielsweise aus sechzehn bis in die Größenordnung von einhundertdreißig Strängen bzw. Drähten bestehen. Diese Bündel sind gewindeartig miteinander verdrillt und bilden so den Leiter, wobei die Bündel sich gegenseitig berühren und ein sich durch den gesamten Leiter erstreckender Mittelkanal G gebildet wird. Die Einzeldrähte jedes Bündels sind ursprünglich so verteilt, daß ein kreisrunder Querschnitt gebildet wird; wenn die einzelnen Bündel miteinander verdrillt werden, besteht zunächst eine engbegrenzte Kontaktfläche zwischen benachbarten Bündeln. Der verdrillte Leiter wird dann durch eine Matrize gezogen, wobei samtlr: he Bündel mit Gewalt zusammengepreßt werden und dabei den in Fig. 1 dargestellten nicht-kreisförmigen Querschnitt erhalten. Jedes Bündel erhält dabei zwei flache Seitenabschnitte H und J, mit denen es seine Nachbarbündel berührt. Von den gewindeartig verdrillten Bündeln besitzen die Drähte der Bündel A, C und,E einen Rechtsschlag, und die Drähte der Bündel B, D und F einen Linksschlag. Wenn diese Bündel dann zusammengebracht und ■ zum fertigen Leiter verarbeitet sind, besitzt jedes Bündel zwei benachbarte Bündel, deren Dräht.e in entgegengesetzter Richtung verdrillt sind, so daß im gesamten Querschnitt des Leiters keine elektrischen Verschlexßpunkte vorhanden sind.

Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten abgewandelten elektrischen Leiter bilden sechs Bündel aus

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Kupferdrähten, die gewindeartig und sich seitlich berührend miteinander verdrillt sind, einen Kern K mit einpm hohlen Mittelkanal L darin. Die Einzel- ^v drähte jedes Bündels sind gegenüber den Drähten seines Nachbarbündels immer mit entgegengesetzter Schlagrichtung verdrillt, so daß im Kern keine elektrischen Verschleißpunkte vorhanden sind. Diese vorbeschriebenen sechs Leiter sind von insgesamt zwölf weiteren Leitern M eingeschlossen, von denen jeder zweite Leiter die gleiche Schlagrichtung besitzt, so daß .auch zwischen diesen zwölf Leitern M keine elektrischen V.erschleißpunkte gebildet werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, entstehen lediglich zwischen den Leitern des Kernes K und den äußeren Leitern M sechs Verschleißpunkte.

Gemäß Fig. 3 besteht ein ausgeglichenes elektrisches Kabel aus insgesamt achtzehn Leitern, die entweder aus je sechs Bündeln gemäß Fig. 1 oder je achtzehn Bündeln gemäß'Fig. 2 aufgebaut sind. Von den achtzehn Leitern bilden sechs eine innere Leiter-gruppe N, die sich gegenseitig berühren und einen hohlen Mittelkanal P bilden. Jeweils benachbarte Leiter weisen eine entgegengesetzte Schlagrichtung auf. Um diesen durch die innere Leitergruppe N gebildeten Kern sind weitere zwölf Leiter Q in der Weise, herumgelegt, daß sie sich gegenseitig berühren und jeweils benachbarte Leiter eine.entgegengesetzte Schlagrichtung besitzen. Auf diese. Weise entstehen keine elektrischen Verschleißpunkte zwischen den Leitern Q der äußeren Gruppe. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, entstehen lediglich sechs Verschleißpunkte zwischen der innen Leitergruppe N und den Leitern Q der äußeren Gruppe.

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Ein in Fiq. 4 dargestelltes elektrisches Kabel besteht aus einer geraden Anzahl von Einzelkabeln 2, üblicnerweise aus sechs Kabeln mit einem Aufbau gemäß Fig. 3. Diese Einzelkab'el 2 sind gemäß Fig. 4 mit einer äußeren Isolierhülle 3 umgeben. Durch eine elektrische Isolierschicht 4 sind die Einzelkabel 2 in zwei Gruppen unterschiedlicher Polarität unterteilt. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Kabel gemäß Fig. 4 insgesamt sechs Einzelkabel, die nebeneinanderliegend um einen mit Rillen versehenen Kern 5 herumgelegt sind und von denen jeweils benachbarte Einzelkabel eine unterschiedliche Polarität besitzen. An jedem Kabelende befindet sich ein Endanschluß 6, der durch ein Isolierstück 7 in zwei Abschnitte 6A und 6B unterschiedlicher Polarität aufgeteilt ist. Die Einzelkabelgruppen unterschiedlicher Polarität sind an jeweils einen dieser beiden Abschnitte 6A bzw. 6 B angeschlossen. Ferner ist eine Möglichkeit vorgesehen, bei Betrieb des Kabels Kühlwasser in Längsrichtung hindurchfließen zu lassen.

Eine elektrische Leiterbrücke stellt einen Leiter mit einheitlicher Polarität dar. In Fig. 5 der Zeichnung ist eine durch eine Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, kühlbare Leiterbrücke dargestellt . Es sind insgesamt sechs Leiter 10, die entweder gemäß Fig. 2 oder gemäß Fig. 3 aufgebaut sind, um eine Metallwendel 11 herumgelegt. Diese Metallwendel 11 dient als Kühlwasserleitung, und die Leiter 10 sind mit einer elektrisch isolierenden und das Kühlwasser abdichtenden Außenhülle 12 umgeben.

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Eine in Fig. 6 der Zeichnung dargestellte luftge_T kühlte Leiterbrücke enthält sieben Leiter 13 , die gemäp Fig. 3 aufgebaut und von denen sechs Leiter gewindeartig um einen Mittelleiter herumgewickelt sind, Die Enden sämtlicher Leiter 13 sind in einem Gesenk zu je einem im wesentlichen rechteckigen Klotz 14 verpreßt. Die Leiter sind außen mit einer Isolier— hülle 15 aus Gummi oder dergleichen umgeben.

Anstelle der zuvor erwähnten Metallwendel kann auch ein mit Riefen versehener Gummikern oder ähnliches verwendet werden.

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Claims

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ANSPRUCHE

\.j Elektrischer Leiter, bestehend aus mehreren miteinander verdrillten Strängen eines elektrisch leitenden Materials, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl, mindestens vier Strang-Bündel (A ...; K; N) sich seitlich berührend in der Weise miteinander verdrillt sind, daß ein den Leiter durchsetzender hohler Mittelkanal (G; L; P) gebildet wird, und daß die Stränge jedes Bündels gegenüber denen seiner beiden jeweils seitlich anliegenden Nachbar-Bündel im entgegengesetzten Sinne verdrillt sind, so daß die Anzahl von im Leiterquerschnitt vorhandenen elektrischen Verschleißpunkten gleich Null ist.
2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strang-Bündel (A ...) einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und daß jedes Bündel zwei flache oberflächen-Abschnitte (H, J) aufweist, wc es auf gegenüberliegenden Seiten seine beiden Nachbar-Bündel berührt.
3. Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus sechs Strang-Bündeln (A, B, C, D, E, F; K; N) besteht.
4. Leiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sechs Strang-Bündel (K) einen Kern des Leiters bilden und von weiteren zwölf miteinander verdrillten und sich seitlich berührenden Strangbündeln (M) umgeben sind, daß Stränge jedes äußeren Bündels gegenüber

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denen seiner beiden seitlich anliegenden äußeren Nachbarbündel im entgegengesetzten Sinne verdrillt sind, so caß die Anzahl der zwischen den zwölf äußeren Strangbündeln (M) im .Leiterquerschnitt liegenden elektrischen Verschlelßpunkte gleich Null ist, und daß die inneren sechs sowie die äußeren zwölf Stranqbündel einander so zugeorndet sind, daß zwischen ihnen im Leiterquerschnitt sechs - elektrische Ver_rschleißpunkte gebildet werden (Fig. 2). ,
5. Leiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlag der inneren sechs Strangbünde! (K) qeoenüber dem Schlag der äußeren Strangbündel (M) in entgegengesetzter Richtung verläuft.
5. Kabel mit achtzehn elektrischen Leitern gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß. sechs schraubenlinienartig miteinander verdrillte " Leiter (N) unter Bildung eines das Kabel in Längsrichtung durchziehenden hohlen Kanales (P) einen Kern bilden, Wobei aneinanderliegende benachbarte Leiter in jeweils entgegengesetzter Richtung verdrillt sind, und daß die übrigen zwölf Leiter (Q) aneinanderliegend in einer gemeinsamen Schraubenlinie um diesen Kern (N) herumgewickelt sind, wobei jeder äußere Leiter gegenüber seinen beiden ihn berührenden Nachbarleitern in entgegengesetzter Richtung verdrillt ist.
7. Kabel.nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichet, daß der Schlag der inneren sechs Leiter (N) gegenüber dem Schlag der äußeren zwölf Leiter (Q) in entgegengesetzter Richtung verläuft.

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8. Kabel, bestehend aus einer geradzahligen Anzahl von Einzel-Kabeln gemäß Anspruch 6 oder 7 oder aus einer geradzahligen Anzahl von Leitern gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende äußere Hülle (3) sämtliche Einzelleiter bzw. Einzel-Kabel (2) einschließt, die durch eine Schicht (4) aus einem Isoliermaterial in zwei Adern mit verschiedener Polarität unterteilt sind (Fig. 4).
9. Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an jedem Ende des Kabels ein zweiteiliger Anschluß (6) befindet, dessen eine Hälfte (6A) mit den Einzel-Kabeln bzw. Leitern der einen Polarität, und dessen andere Hälfte (6B) mit den Einzel-Kabeln bzw. Leitern der anderen Polarität verbunden ist.

IC. Leiterbrücke mit einer geraden Anzahl, mindestens vier Einzel-Kabeln gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel-Kabel schraubenlinienartig um ein zusätzliches Einzel-Kabel dieser Art herumgelegt und an ihren jeweiligen Enden miteinander verbunden sind.

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