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Die Erfindung betrifft eine temperaturfeste Schaltleitung
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gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Vorrichtung zur
Herstellung sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser Schaltleitung.
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Solche Schaltleitungen werden als Schaltdrähte oder als Schaltlitzen
bei Temperaturen bis zu 1800C in Verdrahtungen von Elektrowärmgeräten, z.B. Elektroherden,
Nachtstromsp-eicheröfen, Backöfen und dgl. verwendet. Einen Prüfzyklus von 300 Stunden
haben derartige Schaltleitungen bei Temperaturen um 1800C auszuhalten, ohne daß
ihre elektrischen und physikalischen Eigenschaften sich verändern dürfen. Ihre Durchschlags-Spannungsfestigkeit
muß mindestens 2,5 kV (50 Hz Wechselspannung) betragen. Die Schaltleitung soll dabei
eine hohe Kerb- und SchPbefestigkeit aufweisen und gegen Quetschungen unempfindlich
sein.
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Es ist eine Schaltleitung bekannt, bei der auf den Kerndreht bzw.
die Kernlitze greifen von Aramid-Papier entweder einlagig oder zweil29ig spiralenförmig
aufgewickelt werden. Darüber liegt als Umhüllung ein Geflecht aus Polyestergarn.
Derartige Schaltleitungen werden nahezu ausschließlich für Transformatoren und Elektromotoren,und
zwar für Anschlußleitungen, verwendet. Nachteilig ist der große maschinelle aufwand
zu Aufbringen der gewickelten Lagen an Aramid-Papierstreifen. Das Aufwickeln des
Aramid-Papierstreifens erfordert eine besondere Genauigkeit und zusätzliche Maßnahmen,
damit die geforderte Durchschlagsspannungsfestigkei t auch dann gewährleistet ist,
wenn die Leitung gekrümmt verlegt wird. Der maschinelle Aufwand ist bei der Aufbringung
der Wicklung unverhältnismäßig hoch. Dabei sind keine hohen Herstellungsgeschwindigkeiten
möglich,
da der oder die Ararnidpapierstreifen nicht beliebig schnell gewickelt werden kann
bzw. können.
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Bei einem anderen Typ einer temperaturbeständigen Schaltleitung wird
der Kerndraht oder die Kernlitze rnit mehreren Lagen von Glasseidenfäden oder Fasern
umwickelt, die wiederum durch ein Glasseidengeflecht umhüllt werden. Ein achutzlacküberzug
wird darauf aufgebracht. Bei der Herstellung solcher Glasseidenummantelungen sind
ruckartige belastungen kaum zu vermeiden, wobei die Geflechtfä-den sehr schnell
zerreißen. Außerdem tritt an den Glasfasern erheblicher Abrieb auf, der allgemeine
Verschmutzungen hervorruft, so daß ständige Wartung an den Maschinen verlangt wird.
Bei der Verarbeitung läßt sich das Seidengeflecht sehr schlecht abisolieren, und
die glasseite splittert dabei auf und gibt kurze und feine Glasstichel ab, die zu
Hautreizungen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine temperaturfeste Schaltleitung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Kerb- und Schabefestigkeit
aufweist und unempfindlich gegen Quetschungen ist, wobei sie Dauerbetriebstemperaturen
bis zu 180°C ohne Verschlechterung ihrer Eigenschaften, d.h. auch Beibehalten der
Durchschlags-Spannungsfestigkeit von mindestens 2,5 kV, schadlos vertragen soll.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Nerkmale gelöst.
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sei dieser Ausbildung wird die Erkenntnis verwirklicht,
daß
Aramid-Papier besondere Eigenschaften aufzuweisen hat, die es anderen, bisher verwendeten
Werkstoffen überlegen macht. Aramid-Papier besteht aus Flocken und Fasern eines
aroniatischen Polyamids, d.h. einem hoch ten,peraturbeständigen Polymer. Die Komponenten
(Flocken und Fasern) werden auf gebräuchlichen Papierherstellungsmaschinen miteinander
verbunden und durch Kalandrieren bei hoher Temperatur verdichtet. Das Produkt ist
ein zähes und flexibles sgnthetisches Papier, das sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit,
durch sehr gute dielektrische Werte, durch gute Beständigkeit gegen Chemikalien,
Lösungsmittel und radioaktive Strahlung, durch hohe Zug- und Einreißfestigkeit und
durch eine weitgehende Flammwidrigkeit auszeichnet.
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Der in Längsrichtung der Schaltleitung verlaufende Aramid-Papierstreifen
umschließt den Kern besonders dicht und fest und wird durch das Hüllgeflecht, insbesondere
in dem ebenfalls längsverlaufenden Stoßbereich, so gut auf dem Kern lagegesichert,
daß die Isolierung in den auftretenden Temperaturbereichen beständig bleibt und
höhere elektrische Werte zuläßt, als es diebisher bekannten Isolierungen tun und
eine Durchschlags-Spannungsfestigkeit ergibt, wie sie bei spiralförmig aufgewickelten
Ararnid-Paplerstreifen nur bei dichter Wicklung mit geringem wteidungswinkel erzielt
werden kann. Gegenüber dieser Schaltleitung zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltleitung
jedoch durch eine wesentlich verbesserte Schabefestigkeit - es fehlen vorstehende
Kanten und rauhe Stellen - und eine hohe Resistenz gegen quetschungen aus. Zudem
ist die neue rchaltlcitung leichter. Der Außendurchmesser der neuen Schaltleitung
kann kleiner gewählt werden, als der i.ußendurchmesser bekannter Schaltleitungen,
was insbesondere deshalb wichtig ist, weil solche Schaltleitungen häufig gebündelt
verlegt sind; fertigungstechnisch und
verarbeitungstechnisch erweist
sich die neue Schaltleitung als wesentlich günstiger, als die bisher bekannten Schaltleitungen.
Das Aramid-Hüligeflecht trägt ebenfalls zum aeibehalten der Temperaturfestigkeit
bei, ohne eine wesentliche Versteifung zu bewirken. Us ist im Gegenteil besonders
elastisch und abriebfest.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht aus anspruch 2
hervor. Für besondere Anwendungsfälle, z.3. hohe Betriebstemperaturen in Zusammenwirkung
mit radioaktivor Strahlung oder bei besonders hoher Spannungsforderung, kann es
zweckmäßig sein, mehrere Aramid-Papierstreifen, die in Leitungslängsrichtung verlaufen,
um den Kerndraht herumzuschlagen. Dann ist es jedoch zweckmäßig, den jcweils in
Längsrichtung verlaufenden Stoßbereich des einen Aramid-Papierstreifens in Umfangsrichtung
der Schaltleitung gegenüber dem Stoßbereicn des benachbarten Aramid-Papierstreifens
zu versetzen, damit der Querschnitt und der Umriß der Schaltleitung gleichmäßig
ausfällt.
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Line weitere, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung reht aus Anspruch
3 hervor. Mit dieser areite des Stoßes wird sichergestellt, daß der Stoß auch dann
nickt aufklappen kann, wenn die Schaltleitung extrem abgeknickt wird.
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Line weitere, vorteilhafte Ausführungsform geht aus Andurch 4 hervor.
Diese Bemessungsangaben fuhren zu einer chaltleitung, die primär in Elektrowärmegeräten
für allgereinen Gebrauch verwendbar sind und sich dabei durch hervorragende physikalische
und elektrische Eigenschaften auszeichnen.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 5 hervor.
Das Hüllgeflecht sichert nicht nur die um den Kern geschlagene Aramid-Papierstreifenlage
und insbesondere deren Stoßbereich gegen ein Aufgehen auch bei späteren Bewegungen
der Schaltleitung, sondern ist auch besonders unempfindlich gegen ruckartige Beanspruchungen.
Zudem ist ein aus Aramidgarn bestehendes Hüllgeflecht wesentlich abriebfester, als
Glasseide oder eine Polymerschutzhülle.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 6 hervor.
Die Schutzlackierung schützt die Schaltleitung gegen den direkten Einfluß von Feuchtigkeit
und verbessert den optischen Gesamteindruck der Schaltleitung.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen von erfindungsgemäßen Schaltleitungen,
in der eine Flechtstation zum Aufbringen des Hüllgeflechtes und eine Transportvorrichtung
zum Durchfünren des Kernes durch die Flechtstation enthalten ist, geht nach einem
weiteren Gedanken der Erfindung aus Anspruch' 7 hervor. Der Auslauf der Formtrompete
liegt nahezu im Flechtpunkt, in dem das Hüllgeflecht von der Flechteinrichtung aufqebracht
wird. Das heißt, daß die unter einer beispielsweisen Federspannung von 150 p stehenden
Aramidgarne unmittelbar hinter der Formtrompete auf den umgeschlagenen Aramid-Papierstreifen
auflaufen und sicherstellen, daß sich der Stoß nicht mehr öffnet. In der Fortrompete
wird der Aramid-Papierstreifen dazu gezwungen, den Kern zu umfassen, und gleichzeitig
seine Ränder Ubereinanderzulegen. Die Formtrompete läßt sich mit technisch geringem
Aufwand ohne weiteresSo ausbilden, daß eine Überlappung der Längsränder des Aramid-Papierstreifens
gewährleistet und ein stumpfes Aneinanderstoßen der Längsränder verhindert wird.
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Ein weiterer, wichtiger gedanke der Erfindung, betreffend ein Verfahren
zum Herstellen von Schaltleitungen, bei dem der Kern durch eine Flechtstation geführt
wird, geht aus Anspruch 8 hervor. Verfahrensgemäß werden die einzelnen Schichten
der Schaltleitung unmittelbar aufeinanderfolgend aufgebracht und festgelegt, so
daß keine Hilfsvorrichtungen zum Halten, Führen oder dgl. erforderlich sind.
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Der Kern kann kontinuierlich durchgeführt werden, wobei sich infolge
des einfach zu steuernden, längseinlaufenden r'ramid-Papierstreifens und dessen
sofortiger Festlegung durch das Hüllgeflecht eine außerordentlich hohe Arbeitsgeschwindigkeit
verwirklichen läßt.
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Nachdem das Aramid-Papier umgelegt ist, wird im Flechtpunkt das Hüllgeflecht
aufgebracht, das den Aramid-Papierstreifen in seiner dicht anlIegenden Lage fixiert.
Ein Lösen des Ltoßbereiches oder ein Aufgehen bei einer späteren Abbiegung der Schaltleitung
wird dadurch ausgeschlossen.
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Die positiven Eigenschaften des Aramid-Papiers und des Aramin-Papiers
und des Aranid-Hüllgcflechtes können auf diese Weise optimal zum Tragen gebracht
werden.
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Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltleitung wird nachstehend
anhand der Zeichnung erläutert.
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Es zeigt Fig. 9. 1 eine perspektivische Ansicht cines Abschnitts einer
Schaltleitung, wobei einzelne Teile ihres Aufbaus entfernt sind und Fig. 2 eine
schematische Darstellung von Einzelheiten einer Vorrichtung zum Herstellen der Schaltleitung
von Fig. 1 und zum Erläutern des Verfahrens zu deren Herstellung.
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Eine Schaltleitung 1 besteht aus einer Kernlitze oder einem Kerndraht
2 (die Einzeldrähte der Litze sind mit 3 bezeichnet), die bzw. der von einem Aramid-Papierstreifen
4 umschlossen ist, sowie einem Hüllgeflecht 8 und einem diesen Aufbau umgebenden
Schutzlacküberzug 9. Der Aramid-Papierstreifen 4 ist in Längsrichtung verlaufend
derart um die Kernlitze 2 gelegt, daß seine Längsränder 5 und 6 einander überlappen
und einen längsverlaufenden Stoßbereich 7 biden. Das Hüllgeflecht besteht aus Aramidfasern
oder -fäden, die in einer Dichte und mit VOrspannun verflochen sind, daß annähernd
70 % der freien Oberfläche des Ara-:-id-Papierstreifens 4 bedeckt sind. Der Schutzlacküberzug
9 ist ein Silikonlack, der ggf. inehrfach aufgetragen wird und ausgehärtet ist.
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In Fig. 2 ist ein Teil einer Vorrichtung 15 schematisch angedeutet,
in dem die Schaltleitung 1 gemäß Fig. 1 herstellbar ist. In der Vorrichtung 15 ist
eine Formtrompete 11 befestigt, durch welche die Kernlitze 2 in Längsrichtung ,kontlnulerlich
gezogen wird. Die Richtung der Zugkraft ist mit 16 bezeichnet. Mit der in die Formtrompete
11 einlaufenden Kzrnlitze 2 wird der längszulaufende Aramid-Papierstreifen 4vereinigt,
der durch eine eeignete Bremseinrichtung 17 gebremse wird. Die Formtrompete 11 ist
derart ausgebildet, daß sie den Aramid-Papierstrcifen 4 dazu zwingt, die KernlItze
2 zu urnschlingen und seine Längsränder einander überlappen zu lassen. Infolge der
Längsspannung legt sich der Aramidstreifen eng an die Kernlitze 2 an. Die Formtrompetc
t: endet unmittelbar im mit 13 bezeichneten Flechtpunkt einer Flechteinrichtung
19, aus der Aramidfäden 12, zweckmäßigerweise jeweils doppelt angeordnet, auf den
umgeschlagenen Aramid-Papierstreifen 4 sofort festlegen. Hinter dem rlechtpunkt
liegt bereIts das fertige Hüllgeflecht 8 vor.
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In einer weiteren Station 14 wird auf das Gebilde ein Schutzlacküberzung
aufgebracht, so daß aus der Station 14 die fertige Schaltleitung 1 herauskommt.
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Das Verfahren kenn mit honer Arbeitsgeschwindigkeit kontinuierlich
durchgeführt werden.
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Ausführungsbeispiel: Auf eine Kernlitze aus EL-CU, blankweich, Querschnitt
1,0 mm2, bestehend aus 32 Einzeldrähten mit 0,20 mm Dicke wird ein Aramid-Papierstreifen
von 7 mm 3reite und einer Dicke von 0,13 mm aufgebracht. Das Hüllgeflecht besteht
aus eine zweifachen Aramidgarn (40/1), das mit einer Fedenspannung von 150 p und
einer Oberflächenbedeckung von ca. 70 % aufgebracht ist. Der Schutzlacküberzung
besteht aus einem Silikonack, der in zweifachem Auftrag aufgebracht wurde. Gegebe-@enfalls
sind die Aramidgarne eingefärbt, so den eine Leitungskennzeichnung gegeben ist.
Das Hüllgeflecnt wird in einem 16er-Flechter hergestellt, wobei der Aramid-Papierstreifen
von unten in die vor der Flechtpunkt liegende Fermtrompete geführt wird.
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Diese Schaltleitung zeigt bei einer Nennspannung von 180 V ine Durchschlagsspannungsfestigkeit
von 2,5 kV (50 Hz), geprüft nach VDE 0472, § 509, Abs. 1.2. Der Isolationswiderstand
beträgt mindestens 8 G Ohm/km. Der Wärmedruck (180°C/4h) ist kleiner als 1 %. Eine
Schrumpfung der Isolierung bei der Lötkolbenmethode (350°C/4 sec) ist praktisch
nicht meßbar. Die Kerbfähigkeit dieser Leitung ist größer als 500 N, die genossen
würde bei einer Geschwindigkeit von 50 mm/min. Dicse Leitung besteht auch die Klebfreiheit
nach dn VDE 0472 Vorschriften.
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L e e r s e i t e