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Elastisches Steuerelement für Garnituren elektrischer
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Kabel sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Steuerelementes
1. Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Garnituren
für Mittel- und Hochspannungskabel und ist bei der konstruktiven und werkstofftechnischen
Ausgestaltung von elastischen Steuerelementen sowie bei deren Herstellung anzuwenden.
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2. Stand der Technik Für kunststoffisolierte Mittel- und Hochspannungskabel,
insbesondere für solche mit einer Isolierung aus thermoplastischem oder vernetztem
Polyäthylen, sind in neuerer Zeit Garnituren und Garniturenteile entwickelt worden,
die auf das entsprechend vorbereitete Kabelende aufgeschoben werden. Diese Garnituren
und Garniturenteile bestehen aus einem elastischen Material wie Äthylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk
oder Silikonkautschuk.
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Ihre Innenbohrung ist kleiner als der Außendurchmesser der zubereiteten
Kabelader. Beim Aufschieben auf die Kabelader werden die Garniturenteile so weit
elastisch gedehnt, daß sich ein hohlraumfreier Preßsitz ergibt.
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Für Mittelspannungskabel entwickelte aufschiebbare Endenabschlüsse
bestehen in aller Regel aus einem Isolierkörper, in dessen Fußteil ein Steuerelement
(Deflektor) aus elektrisch leitendem Material eingebettet ist.
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Zur Annäherung der mechanischen Eigenschaften des Steuerelementes
an die mechanischen Eigenschaften des Isolierkörpers besteht das Steuerelement dabei
aus einem ebenfalls elastischen Material; beispielsweise können Isolierkörper und
Deflektor aus Silikonkautschuk bestehen (Elektrodienst, 1976, Heft 2, Seiten 16/17,
DE-PS 26 43 197). Für Hochspannungskabel sind entsprechende Garniturenteile bekannt.
Hierbei bildet ein Isolierkörper mit einen eingebetteten Deflektor (Trichter) ein
Steuerelement, das gemeinsam mit dem Kabelende von eine Isolator umgeben ist (Technische
Mitteilungen", AEG-KABEL, Heft 1/77, Seite 991, DE-OS 26 06 238, DE-OS 27 02 008).
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Bei den bekannten elastischen Endenabschlüssen und elastischen Steuerelementen
weisen der Isolierkörper und der Deflektor bzw. der Trichter unterschiedliche mechanische
Eigenschaften auf. Dies ist durch die elektrisch leitfähige Ausgestaltung des Deflektors
(bzw. des Steuerelementes) gegeben. Dieser Unterschied kann im nrenzbereich Isclierkörper/teuerelement
bzw. Deflektor zu Störungen führen; auch wird die mögliche elastische Beanspruchung
des Isolierkörers durch das Steuerelement bzw. den Deflektor oder Trichter begrenzt.
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An sich ist für Hochspannungskabel ein Endenabschluß aus Gießharz
bekannt, bei dem der an Erdpotential liegende Deflektor (Strahlungstrichter) aus
einem elastisch verformbaren Isolierkörper (Gummi) besteht, dessen Oberfläche durch
einen Anstrich aus einem leitfähigen Lack elektrisch leitend gemacht ist. Durch
Verwendung eines solchen Deflektors werden Kerbwirkungen auf den Gießharzkörper
bei passen Härtung vermieden (DE-PS 1 065 910). Weiterhin ist zur Herstellung von
Verbindungsmuffen an Hochspannungskabeln ein vorgefertigter elastischer Muffenkörper
bekannt, in den ein auf Hochspannungspotential liegender Abschirmzylinder eingebettet
ist. Dieser Abschirmzylinder besteht aus einem nachgiebigen Werkstoff und ist beispielsweise
nur an der Außenseite elektrisch leitend (DE-AS 16 65 222).
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Auch ist für aufschiebbare Endenabschlüsse ein Abschirmkonus in Form
einer homogenen Schicht eines dehnbaren elektrisch leitenden Werkstoffes bekannt.
Der Abschirmkonus ist dabei auf einen Konusträger aus einem elastischen, isolierenden
Werkstoff aufgebracht und dient gleichzeitig zum Verkleben des Konusträgers mit
einem Abschlußteil aus elastischem Werkstoff (DE-OS 14 90 115).
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3. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe Ausgehend von dem
bekannten Steuerelement zur Steuerung des elektrischen Feldes in Garnituren von
Mittel- oder Hochspannungskabeln, das aus einem elastischen Isolierkörper mit elektrisch
leitender Beschichtung besteht, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte
Steuerelement so auszugestalten, daß seine elastischen Eigenschaften denen von elastischen,
aufschiebbaren Garniturenteilen auf der Basis von Silikonkautschuk möglichst
nahekommen
und daß auch bei elastischen Beanspruchungen eine hohlraumfreie Verbindung zu elastischen,
isolierenden Garniturenteilen auf der Basis von Silikonkautschuk gewährleistet ist.
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b) Lösung Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß der elastische Isolierkörper aus einem additionsvernetzten Silikonkautschuk
mit einer Shore-A-Härte von höchstens 35 besteht und daß die elektrisch leitende
Beschichtung aus einem G,005 bis 0,5 mm dicken Uberzug eines ebenfalls additionsvernetzten,
jedoch durch Zugabe von 10 bis 50 Gewichtsteilen Ruß elektrisch leitend gemachten
Silikonkautschuk besteht.
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c) Vorteile, weitere Ausgestaltungen Ein derart ausgebildetes Steuerelement
weist vorzügliche elastische Eigenschaften auf. Dies ist einerseits durch die relativ
dünne oberflächliche Beschichtung aus einem elektrisch leitenden Silikonkautschuk
in Kombination mit einem elastischen Isolierkörper und andererseits durch die Verwendung
eines additionsvernetzten Silikonkautschuks für die elektrisch leitende Beschichtung
im Gegensatz zu sonst üblicherweise peroxidisch vernetztem Silikonkautschuk bedingt.
Das Steuerelement kann daher allein oder auch in Kombination mit einer kompletten
aufschiebbaren Garnitur insbesondere dort verwendet werden, wo es auf starke elastische
Dehnungen von 20 % und mehr ankommt. Dies ist beispielsweise bei aufschiebbaren
Garnituren für Sektoradern der Fall.
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Ein weiterer Vorteil des neuen Steuerelementes ist darin zu sehen,
daß sich die elektrisch leitende Beschichtung
durch einen Vernetzungsvorgang
hohlraumfrei und fest haftend mit der angrenzenden Isolierschicht verbindet.
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Dies gilt sowohl für das Steuerelement als solches als auch für das
Aufbringen einer weiteren Isolierschicht auf die elektrisch leitende Beschichtung
als auch für die vollständige oder teilweise Einbettung des Steuerelementes in einen
Isolierkörper aus additionsvernetztem Silikonkautschuk.
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Bei der Herstellung des neuen Steuerelementes geht man daher zweckmäßigerweise
derart vor, daß zunächst der Isolierkörper hergestellt und zumindest anvulkanisiert
wird, daß der Isolierkörper danach mit einer elektrisch leitfähigen Dispersion aus
einem mit Ruß angereicherten platinkatalysierten Silikonpolymer durch einmaliges
oder mehrfaches Tauchen oder Besprühen überzogen oder beschichtet wird und daß abschließend
der Isolierkörper ausvulkanisiert oder auf die elektrisch leitfähige Schicht ein
weiterer Isolierkörper aufgebracht wird, der dann gemeinsam mit dem erstgenannten
Isolierkörper ausvulkanisiert wird. Bei dem sowohl für den Isolierkörper als auch
für die elektrisch leitende Beschichtung verwendeten additionsvernetzten Silikonkautschuk
handelt es sich mit Vorteil um einen solchen auf der Basis eines platinkatalysierten
vinylgruppenhaltigen Polysiloxans, dessen Viskosität im unvernetzten Zustand bei
Raumtemperatur 5 bis 90 Ms/m2, vorzugsweise 20 bis 50 Ns/m2 beträgt.
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d) Ausführungsbeispiele Drei Ausführungsbeispiele des neuen Steuerelementes
sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Deflektor 1, der aus einem Isolierkörper 2 mit
oberflächlicher elektrisch leitender Beschichtung 3 besteht. Der Isolierkörper 2
besteht dabei aus einem additionsvernetzten Silikonkautschuk auf der Basis eines
platinkatalysierten vinylgruppenhaltigen Polysiloxans, dessen Viskosität im unvernetzten
Zustand bei Raumtemperatur 25 Ns/m2 beträgt. Für die leitende Beschichtung 3 ist
ein gleichartiger Silikonkautschuk verwendet, der jedoch durch Zusatz von 30 Teilen
Ruß elektrisch leitend gemacht ist. Die elektrisch leitende Beschichtung 3 wurde
durch Eintauchen des Isolierkörpers 2 in eine 10 wiege Dispersion des elektrisch
leitenden Silikonkautschuks hergestellt. Als Dispersionsmittel wurde dabei Perchloräthylen
verwendet. Ein weiterhin geeignetes Dispersionsmittel ist Xylol.
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Zur Herstellung einer haftfesten Verbindung zwischen dem Isolierkörper
2 und der elektrisch leitenden Beschichtung 3 wurde der Isolierkörper zunächst anvulkanisiert
und nach dem Aufbringen der elektrisch leitenden Beschichtung 3 und nach Abdampfen
des Dispersionsmittels bei Temperaturen zwischen 150 und 200 OC ausvulkanisiert.
Dabei erfolgte gleichzeitig die Vulkanisation der elektrisch leitenden Beschichtung
3.
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Fig. 2 zeigt einen aufschiebbaren Endenabschluß 4, in dessen Isolierkörper
5 der Deflektor 1 eingebettet ist.
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Zur Herstellung dieses Endenabschlusses wurde zunächst der Deflektor
1 in die Spritzform für den Isolierkörper 5 eingesetzt und danach ein Silikonkautschuk
auf der Basis eines platinkatalysierten vinylgruppenhaltigen Polysiloxans in die
Spritzform eingefüllt. Beim späteren Vulkanisieren des Isolierkörpers 5 erhält man
eine fest haftende Verbindung zwischen diesem Isolierkörper und der elektrisch leitfähigen
Beschichtung 3
des Deflektors 1, da die leitfähige Beschichtung
3 in den Vulkanisationsprozeß mit einbezogen wird.
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Fig. 3 zeigt ein Steuerelement, wie es beispielsweise für Endenabschlüsse
von kunststoffisolierten Hochspannungskabeln eingesetzt wird. Das Steuerelement
besteht dabei aus den beiden Isolierteilen 9 und 10, dem Deflektor 7 und der elektrisch
leitfähigen Beschichtung 8.
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Bei der Herstellung dieses Steuerelementes wird zunächst der aus einem
durchgehend elektrisch leitend gemachten Silikonkautschuk bestehende Deflektor 7
in eine Spritzform eingesetzt. Danach wird der Isolierkörper 9 aus Silikonkautschuk
durch Spritzgießen hergestellt und dabei der Deflektor 7 teilweise in den Isolierkörper
9 eingebettet. Nach Entfernen der Spritzform wird auf den trichter- oder trompetenförmigen
Isolierkörper 9 die leitfähige Beschichtung 8 durch Aufsprühen einer entsprechenden
Silikonkautschukdispersion aufgebracht. Der so behandelte Isolierkörper 9 wird in
eine weitere Spritzform eingesetzt. Durch Spritzgießen von Silikonkautschuk wird
dann der Isolierkörper 10 hergestellt, der die vollständige Einbettung der elektrisch
leitfähigen Beschichtung 8 und des aufgeweiteten Teiles des Deflektors 7 in das
Steuerelement 6 gewährleistet.
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Durch den anschließend erfolgenden Vulkanisationsvorgang werden die
elektrisch leitende Beschichtung 8 sowohl mit dem Isolierkörper 9 als auch mit dem
Isolierkörper 10 und damit auch die Isolierkörper 9 und 10 untereinander haftfest
und hohlraumfrei verbunden.
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Die bei den neuen Steuerelementen vorgesehene elektrisch leitfähige
Beschichtung 3 kann durch mehrfaches Tauchen oder Besprühen mit einer entsprechend
gewünschten Wandstärke
versehen werden. Hierbei sind Wandstärken
zwischen 0,005 und 0,5 mm möglich und sinnvoll. Der bevorzugte Bereich wird jedoch
bei 0,01 bis 0,2 mm liegen.
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6 Ansprüche 3 Figuren