DE2731356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungskabel der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art.

Derartige Hochspannungskabel werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Zündkabel und beim elektro­ statischen Beschichten für Hochspannungs-Anschluß­ kabel verwendet. In der elektrostatischen Beschich­ tungsindustrie haben derartige Kabel bereits seit vielen Jahren Verwendung gefunden. Ein solches Kabel ist aus dem US-Patent 30 45 199 bekannt.

Bei den bekannten Hochspannungskabeln sind meist etwa 6,4 mm lange Kohlewiderstände durch kurze leitfähige Bindeglieder verbunden, und das Kabel ist mit Polyäthylen ummantelt. Daneben werden auch andere Mantelmaterialien eingesetzt.

Aus der DE-OS 21 19 236 ist es bekannt, anstatt Kohlewiderständen solche aus leitfähig beschich­ tetem Fiberglas zu verwenden. Die dielektrische Um­ mantelung solcher Kabel läßt sich zwar biegen, ist aber relativ dick, jedenfalls nicht weich oder schlaff.

Bei der normalen Verwendung der bekannten Kabel kommt es häufig vor, daß sich Kabelschlaufen bil­ den. Wenn man bei Zugbelastung des Kabels nicht für die Beseitigung der Schlaufen sorgt, ziehen sich die Schlaufen immer kleiner zu. Bei den bekannten Kabeln kann dann leicht ein Widerstand in der Schlaufenmitte bleiben, wo die mechanischen Be­ lastungen am größten sind; dann bricht der Wider­ stand. Wenn der Widerstand stark genug ist, um dieser mechanischen Belastung in der Schlaufenmitte zu widerstehen, wird die Polyäthylen-Isolierschicht deformiert bzw. beschädigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochspannungs­ kabel der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß Beschädigungen durch Schlaufenbildung im Be­ trieb vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Hochspannungskabel der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei der Erarbeitung der erfindungsgemäßen Lösung wurde erkannt, daß, wenn man die Widerstände länger macht, während alle anderen Abmessungen die gleichen bleiben, sich die Tendenz des Widerstands vermindert, im Mittelpunkt einer von beiden Enden her zugezogenen Schlaufe zu verbleiben. Auch wenn sich ein Widerstand vor der Zuganwendung in der Mitte einer Schlaufe befindet, dann "wandert" dieser Widerstand vom Mittelpunkt der Schlaufe fort, sobald von beiden Kabelenden her gezogen wird, was im Betrieb leicht und häufig vorkommen kann. Die Schlaufe bildet sich jetzt in einem Ab­ schnitt des Kabels, wo sich eines der flexiblen leitfähigen Bindeglieder befindet. Schlimmstenfalls befindet sich der Schlaufenmittelpunkt an einem Widerstandsende; dieses bringt geringere mecha­ nische Belastungen der dielektrischen Isolier­ schicht mit sich als bei den bekannten Kabeln, weil sich die mechanische Belastung gleichmäßiger über ein längeres Stück der Isolierschicht verteilt.

Zur Erzielung einer geringeren mechanischen Be­ lastung der Isolierschicht sind außerdem die flexiblen leitfähigen Bindeglieder zwischen den einzelnen Widerständen mindestens so lang wie die kleinste, noch volle Betriebssicherheit gewähr­ leistende Schlaufenlänge eines nicht mit Wider­ ständen versehenen, ansonsten baugleichen Kabels. Wenn beispielsweise der flexible Abschnitt eines solchen grundsätzlich baugleichen Kabels ohne Sicherheitseinbuße einer Biegung mit einem Krüm­ mungsradius von 25 mm unterzogen werden kann, dann sind die leitfähigen Bindeglieder länger als die Kabelschlaufe, die bei Zuganwendung von beiden Kabelenden her mit einem Radius von 25 mm gebogen wird.

Es hat sich gezeigt, daß aus Polyäthylen herge­ stellte dielektrische Kabelmäntel in gewisser Weise flexibel elastisch sind, also wie eine deformierte Feder reagieren. Wird das Kabel flexibel verbogen, dann nimmt es nach Aufhebung der Belastung seine Ausgangsform wieder ein. Zieht man eine Schlaufe in das Kabel, dann nimmt die Schlaufe eine Form ein, welche einem Minimum an Energie entspricht. Ist das Kabel über seine Länge hinweg einheitlich aufge­ baut, dann bildet die Schlaufe eine glatte Krüm­ mung.

Ist jedoch ein flexibles elastisches Kabel in Längs­ richtung nicht gleichförmig, dann hängen die in der Schlaufe auftretenden Kräfte von dem jeweils be­ troffenen Kabelabschnitt ab. Besitzt ein Kabelab­ schnitt einen höheren Elastizitätsmodul als der Nachbarabschnitt, dann sind die in der Schlaufe ent­ stehenden und gespeicherten Kräfte geringer, wenn sich der Abschnitt mit höherem Elastizitätsmodul nicht in der Schlaufe befindet. Ein bruchfester Widerstand stellt einen solchen Kabelabschnitt mit höherem Elastizitätsmodul dar. Eine Schlaufe mit im Schlaufenmittelpunkt befindlichem Widerstand ist daher unstabil, wenn die Schlaufe in einem unend­ lich langen Kabel ohne Einwirkung von äußeren Rei­ bungskräften gebildet wird.

Auf diese Weise "wandert" die Schlaufe tendenziell von einem starren Widerstand fort und in einen Kabelbereich zwischen zwei benachbarten Widerstän­ den.

Der Erfindungsgedanke geht davon aus, daß eine größere Widerstandslänge auch die Kräfte erhöht, welche die Schlaufe zum "Wandern" veranlassen, so daß sich der Widerstand in den Nachbarbereich der Schlaufe verlagert.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher er­ läutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine aufgebrochene Seitendarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Kabels mit Fest-Widerstandskern,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem bekannten Kabel mit Widerstandskern, das zu einer engen Schlaufe gezogen ist, und

Fig. 3 einen ähnlichen Ausschnitt aus einem er­ findungsgemäßen Kabel, welches ebenfalls zu einer Schlaufe gezogen und im Bereich des Widerstands aufgeschnitten ist.

Fig. 1 zeigt das nachstehend beschriebene Kabel in seinen konstruktiven Einzelheiten. Es besitzt einen Kern in Form einer Serie von länglichen, miteinan­ der durch flexible leitfähige Bindeglieder 2 verbun­ denen Widerständen 1, welche als auf ihrer Ober­ fläche mit einem Widerstandslack beschichtete Fiber­ glasstäbchen ausgebildet sind. Die in fachüblicher Weise an beiden Enden mit elektrischen Anschluß­ drähten 4 versehenen Widerstände 1 sind jeweils mit dem Nachbarwiderstand durch ein flexibles leit­ fähiges Bindeglied 2 verbunden, das in Fig. 1 teil­ weise durch die umhüllenden Mantelteile verdeckt ist und insofern länger als in Fig. 1 erkennbar ist. Reichhaltig mit Ruß vermischter Vinyl-Kunst­ stoff hat sich als geeignetes Material für die leitfähigen Bindeglieder 2 erwiesen. Dieses Ma­ terial ist extrem flexibel, erfährt keine bleibende Verformung und hat einen niedrigen Elastizitätsmo­ dul. Die im Querschnitt außen kreisrunden und rohr­ förmigen Bindeglieder 2 haben eine Zentralbohrung, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Durch­ messer der Anschlußdrähte 4 der Widerstände 1. Die Anschlußdrähte 4 der Widerstände 1 sind in die offenen Enden der flexiblen Bindeglieder 2 einge­ schoben und stehen im elektrischen Kontakt mit den Bindegliedern. Der Außendurchmesser der Bindeglie­ der 2 stimmt im wesentlichen mit dem Außendurch­ messer der Widerstände 1 überein.

Um diesen leitfähigen Kern des Kabels ist zur Er­ zeugung einer Längsstabilität während des Herstel­ lungsprozesses ein beispielsweise aus Dacron (WZ) bestehendes Fasergeflecht 6 und um dieses Faserge­ flecht 6 mit 50%iger Überlappung über die Gesamt­ länge des Kabels ein Band 7 wendelförmig herumge­ wickelt, wobei um das Fasergeflecht 6 herum ein gleichförmiger Außendurchmesser eingehalten wird. Als Band 7 kann Mylar (WZ) verwendet werden.

Um das Band 7 herum wird durch Extrudieren eine kontinuierliche Schicht 8 aus Polyäthylen geringer Dichte und hohem Molekurlargewicht geformt, welche eine elektrische Isolierschicht von 2,5 mm Wand­ dicke um Kern, Geflecht 6 und Band 7 bildet. Poly­ äthylen ist sehr hochspannungsfest sowie aus­ reichend flexibel und erleidet im Normalbetrieb keine bleibende Verformung. Das Polyäthylenmaterial ist flexibel elastisch.

Um die Polyäthylen-Schicht 8 herum wird über die Länge des Kabels hinweg ein Kupfer-Schweißband 9 ge­ sponnen, das im Betrieb eines elektrostatischen Spray-Beschichtungssystems leitend mit Massepoten­ tial verbunden wird.

Dieses gesamte Gebilde wird dann in einen Poly­ urethanmantel 10 eingekapselt, welcher dem Kabel die notwendige Abriebfestigkeit verleiht.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der Widerstände 1 sowie der flexiblen Bindeglieder 2 2,39 mm und die Poly­ äthylen-Schicht 8 hat eine Dicke von 2,54 mm. Bei diesen Abmessungen hat sich eine minimale Widerstandslänge von 17,8 mm als geeignet herausgestellt; der Widerstand wandert aus einer gezogenen Schlaufe heraus. Verwen­ det man eine dickere Polyäthylen-Schicht 8, müßte man auch einen längeren Widerstand 1 benutzen, damit der Widerstand nicht in der Mitte der Schlaufe bleibt. Verwendet man andererseits eine dünnere Polyäthylen-Schicht 8, dann kann auch der Widerstand kürzer sein.

Der Durchmesser der Widerstände und leitfähigen Bindeglieder richtet sich mehr oder weniger nach den kommerziellen Gegebenheiten für die betreffende Kabelanwendung. Bei dem beschriebenen Kabel, welches zur Verwendung bei einer elektrostatischen Beschichtungssprühpistole vorgesehen ist, kann der Durchmesser dieser Bauelemente zwischen der Hälfte und dem Doppelten der für das bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiel angegebenen Werte liegen. Die untere Grenze wird bestimmt durch die kommerzielle Verfüg­ barkeit von Widerständen, die bei gegebenem Durch­ messer den richtigen Widerstandswert haben. Die Obergrenze ist bestimmt durch den Wunsch, das Kabel möglichst dünn und flexibel zu gestalten.

Die Verwendung längerer Fiberglas-Widerstände hat den zusätzlichen Vorteil, daß man Einzelwiderstände mit höherem Widerstandswert verwenden kann. Dadurch kommen weniger Einzelwiderstände auf den laufenden Meter eines gegebenen Kabels. Die Folge ist, daß man das leitfähige Bindeglied länger als das erfor­ derliche Minimum gestalten kann. Weil die Fiberglas­ stäbe sehr fest sind, widerstehen sie allen mecha­ nischen Belastungen, die im normalen Betrieb auf­ treten. Insgesamt erhält man ein flexibleres Kabel, welches alle Sicherheitseigenschaften bekannter Kabel, aber nicht deren Nachteile aufweist.

Es wurden Kabel mit den nachstehenden Daten ge­ prüft:

• Ein etwa 8 m langes Kabel enthielt zehn Wider­ stände von 20 Megohm bei einer Länge von 9,5 mm, die durch 76,2 cm lange leitfähige Bindeglieder verbunden waren;
• ein etwa 12 m langes Kabel enthielt zehn Wider­ stände von 20 Megohm sowie einer Länge von 34,9 mm, die durch leitfähige Binde­ glieder mit einer Länge von 1,16 mm verbunden waren; und
• ein etwa 18 m langes Kabel enthielt zehn Wider­ stände von 20 Megohm und einer Länge von 34,9 mm, die durch 1,52 m lange leitfähige Bindeglieder verbunden waren.

Bei jedem dieser Kabel waren die Widerstände wesent­ lich länger gewählt als die notwendige Minimallänge nach obiger Beschreibung. Diese Zusatzlänge be­ deutet eine Sicherheitsreserve für die in einer ge­ zogenen Schlaufe verbleibenden Widerstände, bietet einen größeren Spielraum für die Widerstandswahl der einzelnen Widerstände, falls notwendig, und er­ gibt ein flexibleres Kabel mit verbesserter struk­ tureller Integrität.

Die Unterschiede zwischen den bekannten Kabeln und dem erfindungsgemäßen Kabel kann man durch Ver­ gleich von Fig. 2 und 3 ermessen. Das in Fig. 2 dar­ gestellte und dem Stand der Technik entsprechende Kabel enthält einen Widerstand 12, der 6,35 mm lang ist und sich in der Mitte der Schlaufe befindet. Diese Situation ist typisch für sich im normalen Betrieb bildende Schlaufen, wo der Zufall einen Widerstand in jeden Bereich der Schlaufe bringen kann. Wird an den Enden des Kabels gemäß Fig. 2 gezogen, dann reicht die Widerstands­ länge nicht aus, um die Schlaufe zu einer bevor­ zugten Kabelstelle zu verlagern. Folglich vermin­ dert sich beim Ziehen der Schlaufe der Schlaufenra­ dius, und der steife Widerstand 12 führt zu defor­ mierenden Belastungen in der Schicht 8, die über beiden Enden des Widerstands 12 hinweggebogen wird. Außerdem wird die Schicht 8 außenseitig um den Widerstand 12 herum gestreckt. Würde ein Kohlewi­ derstand verwendet, dann würden die mechanischen Be­ lastungen ihn zerbrechen.

Fig. 3 zeigt das dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung entsprechende Kabel bei gezo­ gener Schlaufe. Die Länge des Widerstands 1 reicht aus, um die Schlaufe auf einen Abschnitt des Kabels zu verlagern, wo sich der Widerstand nicht im Schlaufenmittelpunkt befindet, wenn die Schlaufe zu­ gezogen wird. (In der Figur ist das Bindeglied 2 im wesentlichen verdeckt.)

Claims (4)

1. Hochspannungskabel insbesondere zum Anschluß einer elektrostatischen Beschichtungspistole an eine Hochspannungsquelle, das einen Strompfad auf­ weist, welcher aus einer Aneinanderschaltung von festen läng­ lichen Widerständen und jeweils stirnseitig sie verbinden­ den, elektrisch leitenden, länglichen und flexiblen Bindegliedern besteht, wobei Widerstände und Bindeglieder im wesent­ lichen gleiche radiale Abmessungen haben, und umhüllt werden von einem durchgehenden Isolierstoff-Mantel der aus einem sich bei Betriebsbedingungen nicht bleibend deformierenden Material besteht und eine geringere Flexibilität als die Bindeglieder hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindeglieder (2) je­ weils mindestens so lang sind wie die kleinste, noch volle Betriebssicherheit gewährleistende Schlaufenlänge eines nicht mit Widerständen versehenen, ansonsten baugleichen Kabels und daß die Widerstände (1) länger sind als ein Widerstand (12), der beim Zuziehen des Kabels von den Enden her auf diese kleinste Schlaufenlänge noch im Be­ reich der Schlaufenmitte zu liegen kommen kann.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel eine Isolier­ schicht (8) aus hochmolekularem Polyäthylen ge­ ringer Dichte umfaßt.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (1) einen Fiberglasstab enthält.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke der Isolierschicht (8) zwischen 1,27 mm und 5,1 mm liegt, daß die Widerstände (1) zy­ lindrisch mit einem Durchmesser zwischen 1,2 mm.