DE3137942C2 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit hitzebeständiger Isolierung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit hitzebeständiger Isolierung, bei dem der blanke Leiter mit einer Glasummantelung versehen wird und die Glasummantelung in noch teigigem Zustand in kurzen Abständen laufend quer zur Drahtachse eingekerbt und anschließend gekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit hitzebeständiger Isolierung.

Für eine Reihe von Einsatzfällen werden an elektrische Kabel Anforderungen gestellt, die eine hochhitzebeständige Isolierung voraussetzen. Dies gilt insbesondere für Kabel in Bauten, die betriebswichtige Installationen versorgen. Hier besteht die Anforderung, daß das Kabel über eine vorgegebene Mindestzeit auch im Brandfalle funktionsfähig bleibt, d. h. unter Hitzeeinwirkung weder die Isolierung verbrennt und hierbei u. U. schädliche Gase erzeugt, noch die Isolierung unter der thermischen Einwirkung ihre isolierenden Eigenschaften verliert. Hierbei muß über die vorgegebene Mindestzeit im Kabel die Isolierung der Leiter gegeneinander wie auch die Isolierung der stromführenden Leiter

gegenüber der Umgebung gewährleistet sein.

Dies konnte bisher nur dadurch erreicht werden, daß die einzelnen Leiter mit einer isolierung aus nicht brennbaren nachgiebigen Isolierwerkstoffen versehen wurden, wie beispielsweise Silikongummi, und daß hieraus hergestellte elektrische Kabel mit einer Metallummantelung versehen wurden, die auch im Brandfalle selbst bei einem Veraschen des Isoliermaterials dieses zusammenhielt und für die vorgeschriebene Mindestzeit die Funktionsfähigkeit des elektrischen Kabels gewährleistete. Die thermischen und auch die mechanischen Eigenschaften dieser Isoliermaterialien für hitzebeständige Kabel gewährleisteten im Brandfalle jedoch nur eine zeitlich sehr beschränkte Funktionstüchtigkeit des betreffenden Kabels.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit hitzebeständiger Isolierung zu schaffen, der wesentlich bessere thermische Eigenschaften aufweist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der blanke Leiter mit einer Glasummantelung versehen wird, und daß die Glasummantelung in noch teigigem Zustand in kurzen Abständen laufend quer zur Drahtarhse eingekerbt und anschließend gekühlt wird.

Unter dem Begriff »Glas« ist in erster Linie Quarzglas zu verstehen, das nicht nur die erforderliche Dielektrizitätskonstante aufweist, sondern auch eine hohe mechanische Festigkeit besitzt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß hocherhitztes Quarzglas plötzlich abgekühlt werden kann, ohne daß ein hieraus hergestellter Körper zerstört wird.

Mit dem Begriff »Glas« werden alle Glaszusammensetzungen umfaßt, die die vorstehend angegebenen thermischen und mechanischen Eigenschaften aufweisen, aber auch alle diejenigen schmelzbaren Werkstoffe, die vergleichbare Eigenschaften besitzen.

Dadurch, daß die auf den Leiterdraht aufgebrachte Glasummantelung in kurzen Abständen mit Einkerbungen versehen wird, ist gewährleistet, daß nach dem Abkühlen ein derart ummantelter Leiter aufgewickelt werden kann, wobei die Glasummantelung jeweils im Bereich der Kerben bricht, so daß der ummantelte Leiter schließlich die äußere Gestalt einer »Perlenschnur« erhält und nicht nur aufgespult sondern später auch in üblicher Weise zu einem Kabel verseilt werden kann. Durch die Einkerbung wird ferner verhindert, daß die Glasummantelung in unvorhergesehener Weise beim Wickeln bricht, d. h. ganze Ummantelungsteile springen und so »Fehlstellen« in der Glasummantelung auftreten.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der abgekühlte ummantelte Leiter durch eine Biegestrecke geführt wird. Während es grundsätzlich möglich ist, das Brechen der Ummantelung im Bereich der Kerben durch den Wickelvorgang zu bewirken, ist es besonders vorteilhaft, dem Aufspulen eine derartige Biegestrecke vorzuschalten, was beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden kann, daß der ummantelte Leiter zwischen mehreren hintereinander liegenden und in Durchlaufrichtung des Leiters gesehen versetzt zueinander angeordneten Rollen hindurchgeführt wird. Die beim Aufbrechen der Ummantelung im Bereich der Kerben abplatzenden Ummantelungsteile können dann in diesem Bereich aufgefangen, ggf. durch eine Absaugung entfernt werden, so daß die Spule selbst sauber ist und anschließende Arbeitsgänge, wie das Aufbringen eines zusätzlichen Isoliermantels oder das Verseilen mehrerer Leiter zu einem Kabel nicht durch Glasreste beeinträchtigt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, \!aß der blanke Leiterdraht gekühlt und dann mit der Glasschmelze zusammengebracht wird. Hierdurch wird vermieden, daß der Leiterdraht, üblicherweise Kupfer, beim Durchlauf durch die Glasschmelze bis in den Bereich seiner Schmelztemperatur erhitzt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die durch den Ziehvorgang aufgebrachte Glasummantelung in geringem Maße auch von innen gekühlt wird, so daß im Zusammenwirken mit d-in Formvorgang, der ebenfalls im Sinne einer Kühlung auf die aufgebrachte Ummantelung wirkt, eine in etwa gleichmäßige Abkühlung der Ummantelung bewirkt wird Hierdurch werden zumindest innere thermische Spannungen in der Glasummantelung reduziert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Leiterdraht nahezu zugspannungsfrei durch die Glasschmelze geführt wird. Dies hat den Vorteil, daß eine Verminderung des vorgesehenen Leiterquerschnitts beim Aufbringen der Glasummantelung vermieden wird. Da jedoch der Leiterd.raht nicht völlig zugspannungsfrei durch die Glasschmelze geführt werden kann, Restzugspannungen, die durch die Zähigkeit der Glasschmelze verursacht werden, lassen sich nicht vermeiden, ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, den blanken Leiterdraht mit einem größeren Leiterquerschnitt vorzusehen, als er für den fertigummantelten Leiter gefordert wird. Die weitgehende Zugspannungsfreiheit kann dadurch bewirkt werden, daß der blanke Leiterdraht durch entsprechende Transportro¹-Ien einlaufsei tig in die Glasschmelze »geschoben« und auslaufseitig über die an der Glasummantelung angreifenden Formwalzen zur Aufbringung der Kerbung »gezogen« wird. Hierbei ist es zweckmäßig, die Transportkräfte auf der Auslaufseite durch gekühlte Formwalzen aufzubringen, so daß die gewünschte Mantelform nach dem Formprozeß erhalten bleibt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß mehrere blanke Leiterdrähte parallel durch die Glasschmelze geführt werden, daß die hierbei entstehende, alle Leiterdrähte umfassende Ummantelung in noch teigigem Zustand längs geteilt und quer gekerbt wird. Dieses Verfahren erlaubt nicht nur eine rationelle Fertigung, sondern bietet auch den Vorteil einer einfacheren Konstruktion, da hier insgesamt größere Einzelbauteile eingesetzt werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der mit Glasformkörpern ummantelte Leiter in üblicher Weise mit einem Isoliermantel aus einem nachgiebigen, vorzugsweise elastisch nachgiebigen Isolierwerkstoff umhüllt v/ird. Dies hat den Vorteil, daß der glasummantelte Leiter einfacher verarbeitet werden kann, da die Glasformkörper bei der Handhabung, beispielsweise beim Ablängen, von der Ummantelung auf dem Leiter gehalten werden und nicht herunterfallen können. Darüber hinaus ergibt die Ummantelung aus einem nachgiebigen Isolierwerkstoff einen Schutz der Glasummantelung für nachfolgende Verarbeitungsstufen, beispielsweise das Verseilen in Form eines mehrere Leiter enthaltenen elektrischen Kabels. Anstelle der Einzelleiter-Ummantelung kann auch ein sternförmiger Zentraleinlauf als Polster zur Aufnahme mehrerer Leiter zentral eingelegt werden.

In bevorzugter Ausgestaltung ist als nachgiebiger Isolierwerkstoff Silikongummi vorgesehen. Silikongummi ist nicht nur widerstandsfähig gegen höhere Temperaturen, sondern hat auch noch den Vorteil, daß es nicht brennbar ist und nach unmittelbarer Einwirkung einer Flamme selbsterlöschend ist- Dies ist sowohl für den Brandfall als auch für einen Kurzschluß von wesentlicher Bedeutung.

Der vorgesehene Isoliermantel aas einem nachgiebigen Isolierwerkstoff kann in einer Ausgestaltung der Erfindung so aufgebracht werden, daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Glasformkörpern ausgefüllt werden. Der Isoliermantel kann in einer anderen Ausgestaltung auch in Schlauchform aufgebracht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 schematisch den Verfahrensablauf,
F i g. 2 einen abgewandelten Verfahrensablauf,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen nach dem Verfahrer ummantelten elektrischen Leiter mit einer Umhüllung durch eine Isolierung,

F i g. 4 einen glasummantelten elektrischen Leiter mit einer nachgiebigen Umhüllung durch einen Isolierschlauch.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein blanker Leiter 1, vorzugsweise Kupfer, von einer Spule 2 in Richtung des Pfeiles 3 abgezogen. Der Leiterdraht 1 wird zunächst durch eine Kühlvorrichtung 4 geführt und dann in eine Glasschmelze 5 getaucht. Hierbei legt sich um den Leiterdraht 1 kontinuierlich ein Mantel 6 aus Glas, der in Abhängigkeit von der Durchzugsgeschwindigkeit einerseits und der Zähigkeit des Schmelzflusses andererseits eine konstante Manteldicke aufweist, wobei die Manteldicke durch Beeinflussung der vorstehend genannten Parameter veränderbar ist.

Mit Abstand hinter der Glasschmelze wird die Ummantelung 6 in noch teigigem Zustand zwischen wenigstens zwei gegenläufig rotierenden Formwalzen 7 hindurchgeführt, die den Außendurchmesser der Ummantelung kalibrieren und gleichzeitig auch quer zur Drahtlängsachse Einkerbungen in die Ummantelung einbringen. Der nunmehr mit einer gekerbten Ummantelung versehene Leiterdraht wird anschließend durch eine Kühlstrecke 8 geführt. Der gekühlte, ummantelte Leiter wird dann über eine Biegestrecke 9 geführt, die aus wenigstens drei mit Abstand hintereinander und versetzt zueinander angeordneten Rollen 10 besteht, durch die die Glasummantelung an den Kerben gebrochen wird, so daß der Leiterdraht anschließend von einer Vielzahl aufeinander folgender Glasformkörper nach Art einer »Perlenschnur« umhüllt ist. Anschließend kann in an sich bekannter Weise durch Koextrusionsverfahren im Bereich 11 eine zusätzliche Ummantelung aus einem nachgiebigen Isolierwerkstoff aufgebracht werden. Der nunmehr fertig ummantelte Leiter wird dann auf eine Spule 12 aufgewickelt. Der in Fig. 1 dargestellte schematische Verfahrensdurchlauf muß nicht zwangsläufig in der angegebenen Richtung vertikal von unten nach oben verlaufen. Die Durchlaufrichtung des Leiterdrahtes 1 kann bei einer entsprechenden Anordnung der Glaszufuhr auch in umgekehrter Richtung verlaufen. Anstelle der Formwalzen 7, die zweckmäßigerweise gekühlt ausgeführt sind, können auch rotierende Elemente eingesetzt werden, die im wesentlichen sternförmig ausgerichtete, schneidenartige Trennelemente vor Herstellung der Einkerbungen aufweisen.

In F i g. 2 ist ein anderes Verfahren für die Zuführung des Glasflusses dargestellt. Bei dieser Ausführungsform, die im wesentlichen vertikal von oben nach unten durchlaufend arbeitet, wird der Leiterdraht 1 wiederum von einer Trommel 2 abgezogen und durch eine Kühleinrichtung 4 hindurchgezogen. Dann wird der Draht zwischen zwei gegenläufig rotierende Formwalzen 7 hin-

durchgeführt, die auf ihrer Umfangsf lache entsprechend der Zahl der hindurchgeführten Leiterdrähte eine rillenförmige Ausnehmung hat, die mit Querstegen zum Aufbringen der Einkerbungen versehen ist. In den von den beiden Formwalzen 17 gebildeten Einzugskeil wird aus einer entsprechenden, nur schematisch angedeuteten Aufgabevorrichtung 18 kontinuierlich ein Glasfluß 19 aufgegeben, der dann mit Drehung der Walzen 17 an den Leiterdraht 1 in Form einer »Perlenschnur« angeformt wird. Diese Ausführungsform erlaubt es auch, bei entsprechender Walzenbreite, mehrere Drähte nebeneinander parallel laufend mit Glas zu ummanteln. Anschließend wird der ummantelte Leiterdraht in der im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Weise weiter behandelt.

In F i g. 3 ist ein Längsschnitt in größerem Maßstab eines fertigen Leiters der vorstehend geschilderten Art dargestellt Der Leiterdraht 1 ist von einer Vielzahl von Glasformkörpern 13 umhüllt, die die hochhitzebeständi- :ge Isolierung darstellen. Auf der Außenseite können die Glasformkörper 13 ihrerseits mit einem Isoliermantel 14 aus einem nachgiebigen Isolierwerkstoff, beispielsweise aus Silikongummi, geschäumt oder ungeschäumt, umhüllt sein, wobei der Isolierwerkstoff so aufgebracht ist, daß er auch die Zwischenräume 15 zwischen den einzelnen Glasformkörpern 13 ausfüllt. Hierdurch ist gewährleistet, daß ein derartiger Leiter trotz der im wesentlichen »starren« Glasisolierung mit verhältnismäßig kleinen Biegeradien gebogen werden kann, ohne daß der Leiterdraht 1 beim Biegen unter Querschnittsverminderung gedehnt oder die einzelnen Glasformkörper 13 beim Biegen gegeneinander gepreßt und hierbei zerstört werden können.

Der Längsschnitt in Fig.4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Glasformkörper 13 auf ihrer Außensei- te durch einen schlauchförmigen Isoliermantel 16 umhüllt sind, der ebenfalls in an sich bekannter Weise durch !Coextrusion aufgebracht werden kann. Auch hier werden durch den Isoliermantel 16 die Glasformkörper in dem vorgegebenen Abstand zueinander gehalten, so daß hier der für das Biegen und Aufwickeln erforderliche Längenausgleich im Bereich der Isolierung gegeben ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters mit hitzebeständiger Isolierung, dadurch gekennzeichnet, daß der blanke Leiter mit einer Glasummantelung versehen wird und daß die Glasummantelung in noch teigigem Zustand in kurzen Abständen laufend quer zur Drahtachse eingekerbt und anschließend gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgekühlte ummantelte Leiter durch eine Biegestrecke geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der blanke Leiter gekühlt und dann mit der Glasschmelze zusammengebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der blanke Leiter möglichst zugspannungsfrei durch die Glasschmelze geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Abzugskräfte auf den ummantelten und eingekerbten Leiter mittels zweier gekühlter Formwalzen aufgebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere blanke Leiterdrähte parallel zueinander durch eine Glasschmelze geführt werden und daß die hierbei entstehende, alle Leiterdrähte umfassende Ummantelung in noch teigigem Zustand längsgeteilt und quer gekerbt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Glasformkörpern ummantelte Leiter nach dem Abkühlen in üblicher Weise mit einem Isoliermantel aus einem nachgiebigen Isolierwerkstoff umhüllt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als nachgiebiger Isolierwerkstoff ein nicht brennbarer Isolierwerkstoff, vorzugsweise Glasseidenband oder Silikongummi verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Zwischenräume zwischen den einzelnen Glasformkörpern ausfüllender Isoliermantel aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermantel in Schlauchform aufgebracht wird.