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Verfahren zur Herstellung einer Kabelarnitur Zur Herstellung von Kabelgarnituren,
beispielsweise von Endverschlüssen, Verbindungs- und Abzweigmuffen, sind in der
Vergangenheit vielfach Gießharze verwendet worden, die in flüssigem Zustand in eine
das Kabelende oder die Kabelverbindung umgebende Gießform oder ein Gehäuse gegossen
werden und anschließend aushärten. I)erartige Gießharzgarnituren werden insbesondere
für Starkstromkabel mit einer Isolierung aus Polyvinylchlorid eingesetzt * , Beim
Einsatz von Gießharzgarnituren für Kabel mit einer Isolierung aus Polyäthylen oder
vernetztem Polyäthylen ergaben sich dagegen Schwierigkeiten, die auf der hohen Wärmedehnung
des Polyäthylens und dessen mangelnden Hafteigenschaften zu anderen Werkstoffen
beruhen.
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Der Einsatz derartiger Garnituren für solche Kabel war daher mit zusätzlichen
Maßnahmen verbunden, die einen festen Sitz des Gießharskörpers auf der Isolierung
aus Polyäthylen und damit auch einen ausreichenden Feuchtigkeitsschutz der Kabel
garnitur gewährleisten. Derartige Maßnahmen bestehen beispielsweise in der Verwendung
eines elastifizierten Gießharzes oder in der Verwendung von Zwischenschichten zwischen
der Kabelisolierung und dem Gießharzkörper.
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Die für Kabelgarnituren verwendeten Gießharze können verschiedene
Füllstoffe enthalten. Beispielsweise können in der.GieB-harzmasse Hohlperlen aus
einem termoplastischen Kunststoff en-thalten sein, wodurch die enge des verwendeten
Gießharzes herabgesetzt wird.(Dv-OS 2 105 895). Es bereitet jedoch Schwierigkeiten,
derartige Hohlperlen in der Gießharzmasse gleichmäßig zu verteilen. Im übrigen können
mit einer derartigen
Maßnahme die mit der hohen Wärmedehnung des
Polyäthylens zusammenhängenden Probleme nicht gelöst werden.
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Zur Herstellung einer Kabelverbindungsmuffe ist weiterhin ein Verfahren
bekannt, bei dem die SpleiBstelle mit einer festen Gießform umgeben, über die Einfüllöffnung
der Gießform ein aufschäumbares Material eingefüllt und das Aufschäumen des Materials
bei geschlossener Einfüllöffnung der Gießform vorgenommen wird. Das aufschäumbare
Material füllt dabei die Gießform unter Erzeugung eines Überdruckes vollständig
aus und erstarrt anschließend zu einer festen Schaumstoffmasse. Beim Aufschäumen
des Materials entsteht ein Überdruck, der zur gleichzeitigen Dichtigkeitsrüfung
der Muffe ausgenutzt werden kann (D2-AS 1 690 389). Bei einem solchen Verfahren
verbleibt die in der Gießform vor dem Aufschäumen vorhandene Buft innerhalb der
Gießform. Dies kann beim Aufschäumen zur Bildung von größeren Luftblasen beispielsweise
in unmittelbarer Nähe der Kabeladern führen, so daß der Peuchtigkeitsschutz der
Verbindungsstelle gefahrdet ist.
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Bei einer anderen bekannten Kabelgarnitur, die im wesentlichen für
Nachrichtenkabel vorgesehen ist, wird die.Spleißstelle der Kabeladern zunächst unmittelbar
mit einer Umhüllung umgeben, über der dann ein gehäuseartiger, gegenüber den Kabelenden
abgedichteter Außenmantel angeordnet wird. In den Raum zwischen der Umhüllung und
den Außenmantel wird ein aufschäumbares Material in flüssiger Form injiziert, das
anschließend auf etwa das 30-fache seines ursprünglichen Volumens aufschäumt und
anschließend zu einem starren Material aushärtet. Beim Aufschäumen kann Gas aus
dem Innern des Mantels über Kanäle nach außen entweichen, so daß der Schaumstoff
ausreichend expandiert (DT-OS 2 415 641).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für kunststoffisolierte
elektrische Kabel, insbesondere für kunststoffisolierte Starkstromkabel im Niederspannungsbereich,
vorzugsweise für Kabel mit einer Isolierung aus vernetztem Polyäthylen, Garnituren
zu
schaffen, die bei einfacher Montage einen ausreichenden Feuchtigkeitsschutz gewährleisten.
Dieser Beuchtigkeitsschutz soll sowohl gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen an der
Verbindungsstelle selbst als auch gegen im Kabel in Längsrichtung vordringende Feuchtigkeit
gegeben sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren zur
Herstellung einer Garnitur für kunststoffisolierte elektrische Kabel aus, bei dem
das Kabelende oder die miteinander verbundenen gabelenden mit einem eine Einfüllöffnung
aufweisenden Gehäuse umgeben werden und bei dem in das Gehäuse eine aufschäumbare
Vergußmasse eingefüllt und anschließend zum Aufschäumen und Erstarren gebracht wird.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß während des Aufschäumens der Vergußmasse
der von dem Gehäuse umschlossene Raum mit dem das Gehäuse umgebenden Raum frei kommuniziert
und daß als aufschäumbare Vergußmasse eine Gießharzmischung verwendet wird, die
a) beim Einfüllen in das Gehäuse eine Viskosität von 500 bis 15.000 c-P/20°C, ,
Vorzugsweise von 500 bis 5.000 c P/200Cs aufweist, b) deren Aufschäumungsgrad zwischen
2,5 und 25, vorzugsweise bei etwa 10, liegt, c) die eine Startzeit von mindestens
5 sec und eine Topfzeit von 40 bis 200 sec hat, und die nach Schäumung und Härtung
einen .Schaumstoff bildet, der d) zu mindestens 75 01,0, vorzugsweise zwischen 85
und 95 0, aus geschlossenen Zellen besteht und e) aessenHaftung an der Isolierung
der Kabeladern so groß ist, daß beim Abreißversuch der Schaum in sich reißt, und
zwar bei mindestens 5.kits cm2 Für die Erfindung kommt es also darauf an, daß zur
Herstellung der Kabelgarnituren Gießharzmassen mit bestimmten Eigenschaften verwendet
werden und daß diese Gießharzmassen unter bestimmten Bedingungen aufschäumen. In
dieser Hinsicht geht die
Erfindung von der Erkenntnis aus, daß ein
elastischer und haftfester, somit feuchtigkeitsdichter Sitz des Schaumstoffes auf
dem Kabelende bzw. auf dem miteinander verbundenen Kabelenden nur dann gewährleistet
ist, wenn sich beim Aufschäumen der Gießharzmasse ein feiner, geschlossenzelliger
und homogener Schaum ergibt und wenn die Wände zwischen den einzelnen Poren des
Schaumstoffes und gegenüber den angrenzenden Teilen der Kabelenden möglichst dünn
ausgebildet sind. Die Größe der'Poren liegt zweckmäßig zwischen 0,5 und 2 mm, während
die Wandstärke der Zellenwände zweckmäßig weniger als 150 /Mm, vorzugsweise weniger
als 100,zum, beträgt. Der Elektrizitätsmodul des Schaumstoffes , ermittelt aus dem
Biegeversuch, sollte möglichst kleiner als 7.000 kpX cm2 sein.
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Eine für die Erfindung vorteilhafte homogene Struktur des Schaumstoffes
wird im wesentlichen dadurch gewährleistet, daß die Vergußmasse ohne einen Gegendruck
aufschäumen kann. Dadurch wird vermieden, daß sich infolge örtlich unterschiedlicher
Iiuftansammlungen unter dem Druck des sich ausbreftenden Schaumes auch örtlich verschiedene
Temperaturen durch Reaktionswärme entstehen, die zu verschiedenen Schaumeigenschaften
führen. Insbesondere wird vermieden, daß sich unter anstehendem Überdruck ein Schaum
ausbildet, dessen Porengröße zu den Feststoffgrenzen hin, also insbesondere zu den
Obrflächen der Kabeladern hin, abnimmt; ein solcher als "Integralschaums' bezeichneter
,Schaum würde von'allem an den Kabelisolierungen einen relativ dicken, schlecht
haftenden Film bilden, der sich beim Betrieb des Kabels leicht abhebt, wodurch ein
ausreichender Feuchtigkeitsschutz nicht mehr gewährleistet ist.
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Um ein Aufschäumen der Vergußmasse ohne Gegendruck zu gewährleisten,
ist es notwendig,.daß entweder die Einfüllöffnung des Garniturgehäuses während des
Aufschäumens offenbleibt, so daß der Schaumst-off gegebenenfalls aus dieser Einfüllöffnung
austreten kann, oder daß während des Aufschäumens mehrere Öffnungen
im
Gehäuse offengehalten werden. Diese Öffnungen werden nach dem Aushärten der VerguBmasse
verschlossen.
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Die feinzellige Struktur des Schaumstoffes wird durch Zusatz von Netzmitteln,
Schaumstabilisatoren und gegebenenfalls gewissen Füllstoffen sichergestellt. Der
Aufschäumungsgrad zwischen 2,5 und 25 entspricht bei ungefülltem Polyurethanschaum
Rohdichten von etwa 0,04 bis 0,4, vorzugsweise 0,1. Er wird im wesentlichen durch
das entstehende Gasvolumen bestimmt.
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Steige- und Härtungszeit des Schaums sind durch gleichwertige Beschleunigung
der Gasentwicklung und der Härtungsreaktion aufeinander abzustimmen. Ein Zurückbleiben
der erstgenannten Reaktion hätte eine ungenügende Verschäumung, ein Zurückbleiben
der zweitgenannten Reaktion ein Wieder-Zusa.mmenfallen des nicht rechtzeitig formstabilisierten
Schaumes zur Folge. Die Durchführung des neuen Herstellungsverfahrens ist wegen
des geringen Zeitbedarfes und der einfachen Ausführung besonders montagefreundlich.
So lassen sich z.B.- die Grundko.mponenten der Vergußmasse und der Härter in Mengen
bis ca. 8 kg von Hand einfach mittels Rührstabes zusammenmischen. Der Schäumungsprozeß
läuft ferner bei Umgebungstemperaturen von -5 bis + 40°C praktisch in gleicher Weise
ab. Die Umgebung wird durch Reaktionswärme weniger als bei kompakten Gießharzen
erwärmt, so daß mögliches Kabelisolierungs-, i5antel- oder Formmaterial nicht beeinträchtigt
wird.
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Wie bereits erwähnt, hängt der Feuchtigkeitsschutz der nach dem neuen
Verfahren hergestellten Kabelgarnituren im wesentlichen davon ab, daß der Schaumstoff
dem Wärmespiel der umhüllten Elemente der Kabel, insbesondere der Kabelisolierung,
elastisch folgen kann0 Dem kommen der innerzelluläre Gasdruck (Anpreßdruck) während
der Ausschäumung und die geringe Wanddicke der Zellhülle entgegen. Ferner ist auch
eine ausreichende Haftung des Schaumstoffes an den Kabeladern notwendig. Diese Adhäsion
beträgt zweckmäßig mehr als die Kohäsion des gehärteten Schaumes, d.h. mindestens
5 kp/om2. Sie kann gegebenenfalls
durch besondere Haftvermittler
verbessert werden, mit denen die Oberfläche der Kabel-Enden vorher behandelt wird.
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Auch kann die abdichtende Wirkung durch Zusatz von Stoffen zur schäumbaren
Vergußmasse verbessert werden, die der Schaumstoffoberfläche eine dauernde Eigenklebrigkeit
verleihen.
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Pür das neue Herstellungsverfahren sind beispielsweise folgende Gießharzmassen
geeignet: Beispiel 1: Grundmasse: 60-80, beisp. 60 Gew.Teile Polyäther aus 6 Mol
Propylenoxid und 1 Mol Trimethylolpropan als Vernetzer (Hydroxylzahl ca. 450) 30-50,beisp.
40 Gew. Teile Polypropylenglykoläther (10 Propylenreste, Hydroxylzahl 50-60) etwa
1,0 N -Methyl-N' -dimethylaminoäthylpiperazin (als Beschleuniger) etwa 2,0 " Ricinusölsulfonat
mit 50 % Wasseranteil etwa 0,8 " Polyoxyalkylenpolydimethylsiloxan-Copolymer (als
Benetzer und Zellregler) Härter: beisp. 82 Gew.Teile 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan
rcr (mit ca. 15 d0 Polyisocyanatgehalt, d.h. Gemisch von Trimerisat und Diphenylmethantriisocyanat;
Viskosität ca. 200 cP/250C, Dichte 1,23/250C und ca. 30 Vo NCO-Gehalt) Der Härter
kann zweckmäßig mit ca.
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0,5 XOo eines geeigneten Parbstoffs angefärbt sein, um den Zeitpunkt
der vollständigen Durchmischung von Grundmasse und Härter deutlich zu erkennen.
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Beispiel 2: Schäumbare GieJ3harzmasse nach Beispiel 1, jedoch mit
Einarbeitung von 0,3 Gewichtsteilen Ruß (z.B. Acetylenruß) auf den Gesamtansatz
in die Grunimasse. Bei gleicher Verarbeitung werden in gleichmäßiger Vernetzung
Zellen erzielt, die nur etwa 1/10 so groß sind wie die von Beispiel 1. Der Ruß liefert
Kerne für vermehrte Zellbildung.
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Beispiel 3: Einen ähnlichen Effekt hatte analoger Zusatz von Nikrotalkum;
das Talkum blieb wegen seiner Mikroplättchenstruktur besonders gleichmäßig in der
Masse verteilt und hatte einen erwünschten thixotropierenlen Effekt.
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Beispiel 4: In die Grundmasse nach Beispiel 1 werden 50 Gew. Teile
Quarzmehl (10 000 Maschen, zu 60 % Korngrößen 1-25 pm) eingearbeitet und die Masse-sonst
in gleicher Weise verarbeitet. Auch hier ist die Zellgröße ähnlich den Beispielen
2 und 3 verkleinert. Gleichzeitig ist die Wärmeleitfähigkeit größenordnungsmäßig
mindestens verdoppelt, was der Wärmeableitung aus den Kabelgarnituren zugutekommt.
Der Quarzmehlgehalt kann noch weiter erhöht werdenvdoch sollten 100 Teile/100 Teilen
Gesamtansatz aus mechanischen Gründen nicht überschritten werden.
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Trotz des hohen spez. Gewichtes zeigte der Ansatz während des schäumens
keinerlei Sedimentation.
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Beispiel 5: In ähnlicher Weise eingebrachtes Aluminiumoxidhydrat reduziert,
wie das Quarzmehl, stark die Brennbarkeit und bewirkt außerdem eine ausgezeichnete
Hydrolyse"beatdigkäi;t im elektrischen Felde.
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Weitere Variationsmöglichkeiten: 1. Durch-Mikro-Glaskiigelchen werden
Wärmeleitfähigkeit, Druckfestigkeit und Wärme- und Wasserbeständigkeit wesentlich
verbessert.
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2. Durch Variation der Menge der langkettigen, elastifizierenden Komponente
(Polypropylenglykoläther m Beispiel 1) können Biegsamkeit und Dehnbarkeit des Schaumstoffes
weitgehend variiert werden.
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3. Durch Austausch des Beschleunigers, z.B. gegen ähnliche IsIengen
N-Methylmorpholin oder, um noch raschere Reaktion zu bewirken, N,IsJ'-Endäthylenpiperazin,
-läßt sich die Reaktionszeit nach den Anforderungen, insbesondere auch nach Größe
und Form der herzustellenden Kabelgarnituren, variieren. Besonders läßt sich durch
Zugabe von N,N-N',N'-Tetrakis-2-hydoxypropyl-äthylendiamin (ca. 25 ß auf die Summe
der Polyalkohole) eine die Reaktion anfänglich stark beschleunigende Wirkung - bei
langsamer vollständiger Aushärtung des Schaumstoffes - erreichen.
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4. Die eingeführte Menge Wasser, aus der im Beispiel 1 C02 als Treibgas
gebildet wird, läßt sich teilweise oder ganz durch Halogenalkane, besonders Trichlormonofluormethan,
ersetzen. Das bedeutet eine Einsparung an Isocyansäureester und eine größere Unabhängigkeit
vom Härtungsprozeß, weil die Treibflüssigkeit Allein durch die Exothermie des Härtungsprozesses
vergast wird und die Masse feinzellig auftreibt. Durch die Kombination etwa gleicher
Mole beider Treibmittel werden etwa vorhandene geringfügige Tendenzen zum Schrumpfen
bzw. Treiben bei höherer Demperatur gegenseitig aufgehoben.
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5. Durch Einarbeitung kleiner Mengen (vorzugsweise 1 bis 3 79) Fungiziden
und Insektiziden läßt sich der Schaum gegen entsprechende Tropeneinflüsse immunisieren.
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6. Auch läßt sich der Schaumstoff durch Beigabe von Antimonoxid und
Halogenkohlenwasserstoffen brennwidrig einstellen.
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7. Durch Wahl eines kalthärtenden Spoxidharzes auf Basis Bisphenol
A und z.B. Triäthylentetramin als Härter unter Zugabe der Netzmittel aus Beispiel
1 und gegebenenfalls von Füllstoffen nach Beispiel. 4 und 5 läßt sich ein ähnlicher
Schaumstoff auf Basis Epoxidharz herstellen.
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Neben/erwnåhnten Gießharzmassen kommen jedoch auch andere Gießharze
in Betracht, die die gemäß der Erfindung -vorgesehenen
Randbedingungen
erfüllen.
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5 Ansprüche