DE3234766C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabels, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Unter den Ausdruck "mit Mineralstoffen isoliertes elektrisches Kabel" sind außer Verlegungskabeln für den Transport von elektrischem Strom für allgemeine Zwecke auch Kabel des obigen Aufbaus zu verstehen, die für andere Zwecke verwendet werden, wie beispielsweise Heiz­ kabel und Kabel für Thermoelemente.

Das gepulverte Isolationsmaterial, das am meisten verwendet wird, ist Magnesiumoxid, und zwar entweder als geschmolzenes oder calciniertes oder als vom Meer ge­ waschenes Magnesiumoxid; und obgleich Magnesiumoxid in trockenem Zustand eine hohe elektrische Durchschlags­ festigkeit aufweist, kann die Anwesenheit selbst geringer Feuchtigkeitsmengen diese Durchschlagsfestigkeit beträcht­ lich verringern.

Demzufolge ist das Eindringen von Feuchtigkeit eine Hauptschwierigkeit, insbesondere im Falle von Hochspan­ nungskabeln, und es wird daher empfohlen, daß die Enden der Kabel bei der Aufbewahrung mit vorübergehenden Ab­ dichtungen versehen werden, um das Eindringen von Feuch­ tigkeit zu vermindern. Trotzdem ist es aber vor der Her­ stellung eines Endverschlusses bei einem gelagerten Kabel, das seiner Verwendung zugeführt werden soll, ständig er­ forderlich, eine beträchtliche Länge von manchmal bis zu 460 mm von den Enden des Kabels abzuschneiden, um sicher­ zugehen, daß jegliches feuchtes Pulver, das die Isolier­ eigenschaften des Kabels beeinträchtigen könnte, entfernt ist. Dieses Vorgehen ist eindeutig unwirtschaftlich. Außerdem muß der gebildete Endverschluß eine wirksame Abdichtung zur Verhinderung des nachfolgenden Eindringens von Feuchtigkeit während des Gebrauchs liefern.

Aus der US-PS 41 01 760 ist die Verwendung einer isolie­ renden Füllung aus pulverförmigem Material, das Methyl­ polysiloxan enthalten kann, zwischen einem elektrischen Leiter und einer metallischen Umhüllung bei Heizelementen bekannt. Das übliche Verfahren zur Herstellung von mit einer Umhüllung versehenen Heizelementen besteht jedoch darin, daß man den Heizdraht zentral innerhalb einer röhrenförmigen Metallumhüllung von verhältnismäßig geringer Länge hält, wonach das gepulverte Isolationsmaterial in den Raum zwischen dem Draht und dem röhrenförmigen Isolations­ material eingebracht wird, wobei die Röhre vertikal gehal­ ten und das untere Ende der Röhre verschlossen ist. Danach wird das Pulver üblicherweise durch Schütteln und bzw. oder durch wiederholtes Klopfen des Rohres mit einem oder mehreren mechanisch gehalterten Hämmern verdichtet und das obere Ende der Röhre verschlossen.

Demgegenüber müssen mit Mineralstoffen isolierte elektrische Kabel in beträchtlich größeren Längen herge­ stellt werden, weswegen es unpraktisch ist, sie auf dieselbe Weise herzustellen wie umhüllte elektrische Heizelemente. Vielmehr muß das Umhüllungsmaterial aus einem kontinuierlich zugeführten Metallstreifen hergestellt werden, der um einen oder mehrere kontinuierlich zugeführte Leiterdrähte gefal­ tet wird, wobei das isolierende Füllmaterial gleichzeitig eingeführt wird. Die Umhüllungen derartiger Kabel müssen gegenüber Wasser oder anderen Flüssigkeiten dicht sein, weshalb die gefalteten bzw. gebogenen Ränder der Umhüllung normalerweise durch Schweißen miteinander verbunden werden, wie dies beispielsweise für mit Magnesiumoxid isolierte Kabel aus der DE 30 04 357 A1 bekannt ist.

Das Einbringen von Methylpolysiloxan oder anderem Material das beim Erhitzen klebrig wird, in die Füllung von mit Mineralstoffen isolierten, kontinuierlich herge­ stellten elektrischen Kabeln galt daher, weil das Erhitzen des Umhüllungsrohres (Schweißen) während des Füllvorganges das freie Fließen des Füllmaterials zu verhindern drohte, als nicht durchführbar.

Aus der DE 24 16 277 A1 ist es bekannt, bei der kontinuierlichen Herstellung eines Koaxialkabels nach dem Verschweißen des um Isolierscheiben gebogenen Außenleiters diesen zu kühlen, damit das Kabel kalt und trocken und zu einem Zieheisen gelangt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabeln von verbesserter Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Verfahren.

Es wurde gefunden, daß gepulvertes Methylpolysiloxan ein hochwirksames hydrophobes Material ist, das sich für den angegebenen Zweck eignet, wobei die Menge an eingeführtem Methylpolysiloxan vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5%, bezogen auf das Gewicht an gepulvertem Isolationsmaterial, liegt. Auf diese Weise weist ein Kabel mit einer Füllung aus gepulvertem Magnesiumoxid, das lediglich 1 Gew.-% Methylpolysiloxan enthält, kein bedeutsames Eindringen von Feuchtigkeit selbst nach vielwöchiger Lagerung auf, ohne daß gesonderte Endabdichtungen benötigt würden.

Somit kann ein gemäß der Erfindung hergestelltes Kabel ohne vorübergehende Endabdichtungen aufbewahrt werden, und wenn es seiner Verwendung zugeführt werden soll, müssen die Enden nicht weiter abgeschnitten werden, als es erforderlich ist, um die Form des erforderlichen Endverschlusses auszubilden, da kein feuchtes Pulver vorliegt, das entfernt werden müßte.

Außerdem besitzt der Zusatz von Methylpolysiloxan zu der Füllung nicht nur keine nachteilige Wirkung auf die elektrischen Isoliereigenschaften der Füllung, sondern es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß dadurch die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Füllung insbesondere bei Hoch­ spannungen vermutlich infolge des Ausschlusses von freier Feuchtigkeit über die gesamte Kabellänge verbessert worden ist.

Vorzugsweise besitzt das Methylpolysiloxan-Pulver eine Korngröße von 20 bis 200 µm und liegt hauptsächlich im Be­ reich von 30 bis 70 µm.

Wenn Methylpolysiloxan in das Füllmaterial eingebracht wird, muß dafür Sorge getragen werden, daß die Temperatur des Füllmaterials nicht über 65°C ansteigt, wenn es in die Um­ hüllung eingefüllt wird, da es sonst bei höheren Temperaturen klebrig oder flüssig wird, was den Füllvorgang beeinträchtigen könnte. Wenn die Umhüllung kontinuierlich aus einem biegsamen Metallstreifen dadurch gebildet wird, daß der Streifen in Röhrenform gebogen wird und die Kanten miteinander verschweißt werden, während gleichzeitig das Füllmaterial und der Lei­ tungsdraht oder die Leitungsdrähte in das so hergestellte Umhüllungsrohr eingeführt werden, sind demzufolge Mittel er­ forderlich, um das Umhüllungsrohr unmittelbar nach der Ver­ schweißung zu kühlen, um zu verhindern, daß übermäßige Wärme aus dem Umhüllungsrohr auf das Füllmaterial übergeht, während dieses in das Rohr eingefüllt wird. Nach der Einfüh­ rung des Leiters oder der Leiter und des des Füllmaterials wird der Durchmesser des Umhüllungsrohres normalerweise ver­ ringert, indem man es in bekannter Weise durch eine Reihe von Reduzierwalzen oder -düsen und Temperungsöfen führt.

Zweckmäßigerweise wird die Pulverfüllung in das Um­ hüllungsrohr durch eine Beschickungsröhre eingeführt, deren Auslaß stromabwärts von der Schweißstelle ist, und in einem derartigen Falle können auch Mittel zum Kühlen der Beschic­ kungsröhre, insbesondere im Bereich der Schweißstelle, und möglicherweise auch des Leitungsdrahtes oder der Leitungs­ drähte vor deren Einführung in das Umhüllungsrohr vorge­ sehen sein.

Zweckmäßigerweise wird eine Führungsröhre für den oder die Leitungsdrähte verwendet, die sich angrenzend an den Weg der sich treffenden Ränder des gebogenen Metall­ streifens erstreckt, und an der Schweißstelle ist die Führungsröhre mit einer Öffnung versehen, so daß ein Teil der von der Schweißstelle ausgehenden Wärme auf den Leiter übertragen und durch den sich bewegenden Leiter von der Pulverbeschickungsröhre wegbefördert wird.

Die Herstellung eines mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabels wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher erläutert, worin

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Kabel;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt eines Teils einer Vorrichtung zur Herstellung des Kabels, und

Fig. 3 und 4 vergrößerte Ansichten bzw. einen Quer­ schnitt eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 2 darstellen.

Gemäß Fig. 1 besteht das Kabel aus einer äußeren Umhüllung 1, die aus einem Kupferstreifen gebildet ist, der in Röhrenform gebogen und längs der aneinanderstoßenden Kanten durch Argon-Lichtbogen schweißend geschlossen wor­ den ist. Die Umhüllung enthält eine Anzahl Leiterdrähte 2 (im vorliegenden Falle zwei), die voneinander und von der Umhüllung 1 durch gepulvertes Magnesiumoxid 3 ge­ trennt sind, wobei das Pulver um die Leiter herum nach der Einführung des Pulvers und der Leiter in die gebildete Um­ hüllung durch eine Reihe von Reduzierschritten, denen jeweils ein Temperungs- und Löschschritt folgte, in bekannter Weise verdichtet worden ist. Das Magnesiumoxidpulver enthält etwa 1 Gew.-% gepulvertes Methylpolysiloxan mit einer Korngröße von 30 bis 70 µm dispergiert. Von dem Methylpolysiloxan zeigte sich selbst bei dieser geringen Menge, daß es der Füllung eine hydrophobe Eigenschaft verleiht, die dem Ein­ dringen von Feuchtigkeit standhält und jegliche bedeutsame Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Füllmaterials an den abgeschnittenen Enden des Kabels über lange Zeit ver­ hindert, ohne daß es notwendig würde, zusätzliche Abdichtungen während der Lagerung oder bei der anschließenden Ausbildung der Endverschlüsse vorzusehen.

Das Kabel kann nach einem Verfahren hergestellt werden, wie es teilweise in den Fig. 2 bis 4 erläutert ist.

Bei derartigen Verfahren wird die Kabelumhüllung 1 kontinuierlich von einem gründlich entfetteten Kupfer­ streifen 1a mit Hilfe einer - nicht dargestellten - Rohr­ formmaschine, die den nach unten zugeführten Streifen zu einem Rohr biegt, sowie eines Argon-Lichtbogen-Schweiß­ kopfes 4 hergestellt, der die anstoßenden Kanten des Strei­ fens zusammenschweißt. Das gebildete Umhüllungsrohr 1 wird senkrecht nach unten einer Reduziermaschine zugeführt, die den Durchmesser des Rohres verringert und das Füllpulver um die Leiterdrähte herum dicht preßt. Das Rohr mit dem verringerten Durchmesser wird anschließend einem Tempe­ rungsofen zugeführt und schließlich durch einen Wasser enthaltenden Löschtank geleitet, in dem das Kabel in einer Kettenlinie gedreht wird, wonach es horizontal durch weitere Reduziermaschinen, Temperungsöfen und Löschtanks läuft. Die Reduziermaschinen und damit verknüpften Einrichtungen sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung weggelassen worden.

Die Leiterdrähte 2, die ebenfalls gründlich entfettet worden sind, werden kontinuierlich in dem Maße, wie es ge­ bildet ist, in das Umhüllungsrohr 1 durch ein Paar Führungs­ röhren 5, 6 eingeführt, die starr in der gewünschten Stel­ lung innerhalb einer Pulverbeschickungsröhre 7 angeordnet sind, durch die das Füllpulver, das aus Magnesiumoxid und dem darin dispergierten Methylpolysiloxan-Zusatzmittel be­ steht, ebenfalls in das Umhüllungsrohr 1 eingeführt werden. Die Pulverfüllung wird in die Beschickungsröhre 7 von einem Beschickungstrichter 8 aus zugeführt, der von einem Rüttel­ förderer aus gefüllt gehalten wird, der seinerseits von einem Pulvervorratsgefäß aus beschickt wird.

Die unteren Enden der Pulverbeschickungsröhre 7 und der Führungsröhren 5, 6 enden unterhalb der Schweißstelle, so daß das Füllpulver wirksam in das gebildete und bereits verschweißte Rohr eingeführt wird, wobei ver­ hindert wird, daß es die Schweißstelle verunreinigt. Um die Umhüllung 1 herum befindet sich genau unterhalb der Schweißstelle und oberhalb des unteren Endes der Pulverbeschickungsröhre 7 ein Mantel 9, durch den eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, geleitet wird, um die Wärmemenge, die durch die Umhüllung 1 auf die Pulverfüllung übertragen wird, zu verringern. Außerdem ist die Wandung der Pulverbeschickungsröhre 7 um die Schweißstelle herum mit einem Schlitz 10 versehen, wie dies auch bei der benachbarten Führungsröhre 5 der Fall ist. Die Schlitze 10 und 11 in der Beschickungsröhre 7 und der Führungsröhre 5 sind gegeneinander ausgefluchtet, und die sie umgebenden Ränder sind zusammengelötet, um ein Austreten der gepulverten Füllung an dieser Stelle zu verhindern. Derjenige der Leiterdrähte 2, der sich in der Führungsröhre 5 befindet, wird somit der Schweiß­ stelle gegenüber ausgesetzt und dient demzufolge als Wärmesenke, um so von der Schweißstelle Wärme abzuführen.

Wenn nach dem beschriebenen Verfahren ein Kabel herge­ stellt wird, ist eine Kühlung erforderlich, da es wesent­ lich ist, die Temperatur der Pulverfüllung unter 65°C zu halten, bis sie die Beschickungsröhre 7 verläßt, weil oberhalb dieser Temperatur das Methylpolysiloxan klebrig und bei weiterer Temperaturerhöhung möglicher­ weise flüssig wird; dieses könnte die Pulvereinfüllung stören oder sogar den Auslaß der Beschickungsröhre voll­ ständig verstopfen.

Aus diesem Grund wird das Füllpulver vorzugsweise bei geeigneter niedriger Temperatur, beispielsweise unter 50°C, gehalten, bevor es in die Beschickungsröhre 7 eingeführt wird, und außerdem werden die Leiterdrähte 2, beispielsweise durch Argon von niedriger Temperatur, gekühlt, bevor sie in die entsprechenden Führungsröhren 5 und 6 eingeführt werden. Die Pulverbeschickungsröhre 7 kann nötigenfalls ebenfalls, wie dargestellt, mit von­ einander in einem Abstand angeordneten Doppelwänden 12, 13 versehen sein, zwischen denen der Zwischenraum durch Längsteilwände 14 in zwei Strömungswege 15 und 16 aufge­ teilt ist, die am unteren Ende der Röhre 7 miteinander in Verbindung stehen. Im Betrieb wird eine Kühlflüssig­ keit, wie beispielsweise Wasser oder Freon oder möglicher­ weise Argon von geeigneter niedriger Temperatur, den einen Strömungsweg, beispielsweise 15, nach unten und den anderen Strömungsweg 16 nach oben fließen gelassen.

Nach dem Einfüllen in das Umhüllungsrohr 7 führt das Erhitzen der Pulverfüllung dagegen zu keinerlei Schwie­ rigkeiten, und es ist im Gegenteil gefunden worden, daß die Verflüssigung des Methylpolysiloxans während der nachfolgenden Durchmesserverringerungs- und Temperungs­ stufen eine nützliche statt einer schädlichen Wirkung ausübt. Es wird angenommen, daß das flüssige Methyl­ polysiloxan, das sich nach Kühlen unter 65°C wieder ver­ festigt, als Schmiermittel dient, das den Abrieb der Oberflächen der Leiterdrähte 2 sowie der Innenoberfläche des Umhüllungsrohres 1 während der Durchmesserverringe­ rungsstufen verhindert, da bei einem fertigen Kabel festzustellen ist, daß diese Oberflächen glatt geblie­ ben sind. Auch ist demzufolge praktisch kein Anhaften des Pulvers an diesen Oberflächen festzustellen, wie dies üblicherweise bei mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabeln, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind, der Fall ist, so daß die Aus­ bildung von Endverschlüssen erleichtert wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines mit Mineralstoffen isolierten elektrischen Kabels, wobei man in senkrechter Anordnung um den Leiterdraht oder die Leiterdrähte einen biegsamen Metallstreifen kontinuierlich in Rohrform biegt, längsnahtverschweißt und den Zwischenraum zwischen dem Draht bzw. den Drähten und dem Metallrohr mit gepulvertem Isoliermaterial ausfüllt, wobei die gepulverte Füllung in das Umhüllungsrohr durch eine Beschickungsröhre einge­ führt wird, deren Auslaß stromabwärts der Schweißstelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gepulvertes Isoliermaterial (3) verwendet, das einen Anteil an gepulvertem Methylpolysiloxan aufweist, und die Beschickungsröhre (7) im Bereich der Schweißstelle und das Umhüllungsrohr (1) in einem Bereich unmittelbar nach der Schweißstelle gekühlt werden, derart, daß die gepulverte Füllung in der Beschickungsröhre eine Tempera­ tur von 65°C nicht übersteigt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als gepulvertes Isolationsmaterial (3) solches aus an sich bekanntem, gepulvertem Magnesiumoxid ver­ wendet, das 0,1 bis 5,0 Gew.-% gepulvertes Methylpoly­ siloxan dispergiert enthält.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Methylpolysiloxanpulver ein solches mit einer Korngröße von 20 bis 200 und insbesondere von 30 bis 70 µm verwendet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Pulverbeschickungsröhre (7) eine solche mit doppelten Wänden (12, 13) verwendet und daß man die Röhre kühlt, indem man ein Kühlfluid durch den Zwischen­ raum zwischen den Wänden der Röhre hindurchleitet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kühlfluid Wasser, Freon oder Argon verwendet.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Einbringen des Leiterdrahtes bzw. der Leiterdrähte (2) in das Umhüllungsrohr (1) den Draht bzw. die Drähte durch Argon von niedriger Temperatur kühlt.