DE3335369A1

DE3335369A1 - Kabel, insbesondere zur verwendung bei erdoelbohrungen

Info

Publication number: DE3335369A1
Application number: DE19833335369
Authority: DE
Inventors: David Henry 06525 Bethany Conn. Neuroth
Original assignee: Harvey Hubbell Inc
Current assignee: Hubbell Inc
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1984-04-05
Also published as: GB8314270D0; IT8367986A0; NO159425B; GB2128392B; DE3335369C2; GB2128392A; MX153057A; JPS5966004A; SE8305256D0; CA1199987A; FR2534059A1; FR2534059B1; US4453035A; SE8305256L; NO832210L; IT1171027B; NO159425C

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel, insbesondere ein Kabel zur Verwendung bei extrem widrigen Umgebungsbedingungen, so wie sie bei Erdölbohrungen bzw. Bohrlöchern angetroffen werden.

Elektrische Kabel, die bei Erdölbohrlöchern verwendet werden, müssen in der Lage sein, unter extrem widrigen Hitzebedingungen und mechanischen Beanspruchungen zufriedenstellend zu arbeiten und derartigen Belastungen standzuhalten. Die Umgebungstempera-

2 türen in den Bohrlöchern sind oft sehr hoch und die I R-Verluste in dem Kabel selber addieren sich zur Umgebungswärme. Es ist bekannt, daß die Lebensdauer eines Kabels im umgekehrten Verhältnis zur Temperatur steht, in welcher es arbeitet. Aus diesem Grunde ist es wichtig, Wärme von dem Kabel fernzuhalten, wenn es sich in seiner Betriebsumgebung befindet. Kabel werden in verschiedener Weise mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Es

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Postscheckkonto: München 27044-602 (BLZ70010080) (nur PA Dipl.-Ing. S. Slaeger)

ist übliche Praxis,, Kabel mittels eines Bandes an ölpumprohre, die in ein Bohrloch hinabgelassen werden,, zu befestigen,, wodurch die Kabel zusammengepreßt werden können und es tatsächlich auch werden, wobei der Wirkungsgrad der Kabelisolierung und der Festigkeit ernsthaft herabgesetzt wirdο Die Kabel sind während des Gebrauchs auch axialem Zug und seitlichen Stoßen ausgesetzt»

Es ist daher üblich, derartige Kabel mit einer äußeren Metallbewehrung zu versehen und die einzelnen Leiter in Materiallagen einzuschließen,, Vielehe so ausgewählt werden, daß die Kabelcharakteristika geschützt werden? derartige Maßnahmen sind jedoch oft nicht ausreichend und nicht angepaßt den notwendigen Schutz zu bieten=,

Ein zusätzliches Problem ergibt sich als Ergebnis von Bohrlochdrücken, welche zwischen mehreren hundert und mehreren tausend pounds per square inch fPsi = O,,O7O31 kp/cm") liegen können und denen die Kabel ausgesetzt sind=

Es"ist typisch, daß die Isolierung, weiche die Leiter in einem Kabel umgibt, Mikroporen aufweist, in welche über eine gewisse Zeitperiode bei diesen hohen Drücken Gas eingepreßt wirdο Wenn dann das Kabel ziemlich schnell aus der Bohrung herausgezogen wird, verbleibt für den Abbau des Drucks innerhalb der Poren nicht genügend Zeit- Als Ergebnis dieser Dekompression neigt die Isolierung dazu, sich wie ein Ballon nach außen auszudehnen und zu reissen, wodurch das Kabel anschließend unbrauchbar ist.

In der anhängigen UoS.-Patentanm» Ser»Ho= 291 125, angemeldet am 7= August 1982, ist ein Kabelaufbau beschrieben worden, der insbesondere für den Gebrauch bei derart extremen Umgebungsbedingungen geeignet ist. Der Aufbau schützt das Kabel gegen nach innen gerichtete Druckkräfte

und sieht Vorkehrungen für den Wärmeabfluß aus dem Kabel vor, was wesentlich ist bei hohen Temperaturen in der Betriebsumgebung, und zwar aus Gründen, die darin beschrieben worden sind; ebenso ist ein Widerstand gegen die Dekompressionsausdehnung der Isolierung vorgesehen.

Wie in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung Ser.No. 291 125 beschrieben, weist der Schutzaufbau des Kabels ein oder mehrere langgestreckte druckwiderstandsfähige Teile auf, welche einem isolierten Leiter im Kabel in der Form angepaßt sind und sich parallel und neben diesem Leiter erstrecken. Diese Teile sind im Querschnitt starr und widerstehen den Druckkräften, welche anderenfalls von dem Kabelleiter getragen werden müßten. Für Anwendungen, bei denen es erforderlich ist, daß das Kabel während des Betriebs in einem großen Radius gebogen wird, kann der längliche Träger mit einer Reihe von einen Abstand voneinander aufweisenden Schlitzen versehen sein, die sich senkrecht von einer Kante des Teils in den Körper hinein erstrecken, um die Steifigkeit im Querschnitt des Teils in dem geschlitzten Bereich zu reduzieren, um in dem Träger eine Flexibilität für eine Biegung mit einem großen Radius um die Längsachse zu bewirken.

Wie in der U.S.-Patentanmeldung Ser.No. 390 308, angemeldet am 21. Juni 1982, beschrieben, kann es für bestimmte Anwendungsgebiete bevorzugt werden, daß die elektrische Isolierschicht auf dem Leiter des Kabels nicht in direktem Kontakt mit den Schlitzöffnungen steht. Der Grund dafür liegt darin, daß die Schlitzöffnungen in dem Trägerteil es zulassen können, daß hochkorrosives Material Zutritt zu der aus einer Zusammensetzung bestehenden Umhüllung erhält, indem es durch die Schlitze nach innen fließt. Zusätzlich können die Kanten von den Schlitzen während des wiederholten Biegens des Kabels die Kabelum-

hüllung einschneiden oder zu einem Abrieb führen»

Der Schutsaufbau des Kabels in dieser Anmeldung mit der Ser.No. 390 308 besteht aus einem zusammengesetzten Aufbau„ der ein langgestrecktes^ Druck widerstehendes Teil mit guten thermischen Leitfähigkeiten aufweist, welches neben der Leiterisolierungslage angeordnet ist. Dieses Teil umfaßt ein Kanalteil mit zwei im wesentlichen parallelen Elementen oder Schenkeln, die von einem in Querrichtung oder senkrecht verlaufenden Schenkel überbrückt werden und welches seitlich geschlitzt ist, um den Erfordernissen eines langen Biegeradiuses in der Eben© des vertikalen Schenkels genüge su leisten«. Die parallelen Schenkel können sich in die gleiche Richtung von dem vertikalen Schenkel weg hin zu einem benachbarten Leiter erstrecken, wobei in diesem Fall der Kanal einen Unförmigen Querschnitt besitst. Zwischen den drei Schenkeln das Kanals und der äußersten Lag© der Isolierung des benachbarten Leiters kann eins biegsame glatte Einlage vorgesehen tiereten, um die Schlitze des Teils zu überbrücken und dabei die darunterliegende Isolierung vor Abrieb dureii die Schiitskanten während des Biegens des Kanalteils zu schützen»

Bestimmte Betriebsanwendungen können sogar eine größere Widerstandskraft gegen wiederholte Stöße und hohe Druckkräfte erfordern, als es das druckfeste Kanalteil auszuhalten imstande ist, das in der U,S„-Patentanmeldung Ser.No. 390 308 offenbart ist. Derartige extreme Kräfte können ein Einwärtsbiegen eines der beider paralleler Kanalschenkel bewirken, da diese Kräfte typischerweise in Ebenen einwirken, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene dieser Schenkel läuft und exzentrisch zur Befestigungsebene zxtfischen diesen Schenkeln und dem zentralen Trägerschenkel des Kanals verlaufen.

Für bestimmte Anwendungen flacher Kabel kann es wünschenswert sein, die Isolierdicke einer oder mehrerer Kabelleiter zu verstärken, jedoch bei einem Minimum an Zuwachs der Querschnittsdimensionen des Kabels. Bei derartigen Anwendungsgebieten kann es wünschenswert sein, wenn die Querschnittsdimensionen des Kanals minimiert werden können, ohne demgegenüber die Druck- und Stoßwiderstandsfähigkeit des Kabels negativ zu beeinflussen. Andere Anwendungsgebiete für flache Kabel können es erforderlich machen, daß zusätzlich zu elektrischen Reitern das Kabel eine oder mehrere hohle Leitungen für Förderflüssigkeiten oder zur Instrumentierung im Kabel, beispielsweise für einen bestimmten Ort in einem Bohrloch und zum Versehen mit Druck und Stoßschutz in solchen Leitungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabel zu schaffen, in welchem ein Schutzaufbau eingebaut ist, mit eine Anordnung eines ersten druckfesten Teils aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Sektionen festen Querschnitts zum Schutz eines darunter liegenden Leiters vor Druckkräften und einen biegsamen zweiten Teil von zumindest gleicher Festigkeit oder Starrheit zur Ergänzung des Schutzes, der von dem ersten Teil geboten wird, gegen hohen Druck und größere Schlagkräfte.

Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein flaches Kabel zu schaffen, in welchem ein langgestreckter biegsamer Schutzaufbau eingebaut ist, welcher aus zwei Teilen besteht, einem ersten biegsamen Kanalteil mit starrem Querschnitt zum Schutz isolierter Kabelleiter gegen senkrecht auftreffende Druckkräfte, und ein zweites Kanalteil von im wesentlichen größerer Festigkeit, das mit dem ersten Kanal biegsam ist, um

den Leiterschutz _a der bereits durch den ersten Kanal gegen schwere Stöße bewirkt wird, zu ergänzen=

Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Kabel in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Aufgaben zu schaffen, das bei extrem widrigen Umgebungsbedingungen verwendbar ist, welches thermisch leitend ist, um Wärme abzuführen und welches gegen schwere Stöße und Druckkräfte widerstandsfest ist=

Eine weitere Aufgabe liegt darin, einen Kabelaufbau zu schaffen, in welchem ein langgestrecktes Schutzteil mit starrem rechtwinkligem Querschnitt eingearbeitet ist, das sich zwischen benachbarten isolierten Leitern erstreckt im wesentlichen der Dicke der Isolierung zum Schutz der Leiterisolierung vor äußeren zerstörenden Kräften»

Im folgenden werden Äusführungsbexspiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert« Es zeigern

Fig., 1 eine teili-jeise perspektivische Schnittansicht eines Kabelstücks, das einen erfindungsgemäßen Aufbau aufweist, wobei der Endbereich mit entfernter äußerer Schutzumhüllung dargestellt ist,

Fig».2 eine Seitenansicht eines Endbereichs des Kabels aus Figο 1„ wie sie sich aus Richtung des Pfeils 2 in Fig„ 1 darstellt,

Fig» 3 eine Schnittansieht eines zusammengesetzten Kanalteils, das auf einen isolierten Kabelleiter aufgesetzt ist, wobei der Schnitt entlang der Linien 3-3 in Fig= 2 ausgeführt worden ist, wobei das

Kanalteil erfindungsgemäß mit einer zusätzlichen Verstärkung versehen ist,

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht eines Endes eines zusätzlicher, druck- und stoßfesten Ausfachungsteils, das erfindungsgemäß ausgewählt ist,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen stoß- und kraftfesten Ausfachungsteils,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Kabels mit entfernter äußerer Ummantelung,

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend derjenigen in Fig. 6 betreffend eines weiteren Ausführungsbeispiels, und

Fig. 8 eine Ansicht entsprechend derjenigen in Fig. 6 betreffend ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei Mittel für Transportflüssigkeiten oder Instrumentierung durch das Kabel hindurch gezeigt sind.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiels eines Kabels 10, das einen erfindungsgemäßen Aufbau aufweist und welches insbesondere bei extrem widrigen ümgebungsbedingungen, wie beispielsweise bei Erdölbohrungen, Verwendung findet, bei welchen Bedingungen das Kabel hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist sowie erheblichen Druckkräften und Stoßen und Schlägen, beispielsweise von Hämmern oder anderen Werkzeugen.

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Das dargestellte Kabel 10 besitzt eine äußere metallische Schutzummantelung 11, welche eine Vielzahl von einzelnen isolierten Leitern 12, 13 und 14 umgibt und einschließt„ Zur Verwendung in Bohrlöchern sind die Leiter so angeordnet, daß die Zentralachsen der Leiter parallel und im wesentlichen in der gleichen Ebene verlaufen, wodurch das Kabel vorzugsweise mit einer flachen Umrißform versehen wird ο

Die Ummantelung 16 wird üblicherweise von einem vorgeformten Metallstreifen gebildet,? der um die Leiter 12, 13 und 14 schraubenförmig herumgewickelt wird- Die nebeneinander angeordneten Leiter weisen eine beträchtliche Länge auf, so wie sie gebraucht wird und es versteht sich, daß lediglich ein kurzes Stück des Kabels in Fig» 1 dargestellt ist= .Zwischen die isolierten Leiter sind vier druckfeste Teile 15, 16, 17 und 18 eingesetzte wobei jedes dieser Teile langgestreckt ist und sich parallel zu den Leitern erstreckt»

Die Teile 15, 16, 17 und 18 sind aus einem Material gefertigt, das im wesentlichen im Querschnitt starr und steif ist, und welches so gewählt wird, daß es gute thermische Leiteigenschaften besitzt? in speziellem Fall eine thermische Leitfähigkeit, die zumindest größer ist als diejenige der Leiterisolierung» Für diesen Zweck sind fasergefüllte Kohlenstoff !composite geeignet, x«/elche ebenfalls gute Druckfestigkeit aufweisen« Metalle, wie Stahl und Alumini mn sind ebenfalls für diesen Zweck geeignet, genauso gut wie metal!verstärkte aushärtbare polymerische Materialien„

Jeder Kanal 20 der Teile weist einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, der von einem Paar Elemente

oder Schenkel 21 und 22 gebildet wird, die im wesentlichen flach parallel und,wie in Fig. 2 dargestellt, horizontal verlaufen, so daß sie konform mit der jeweiligen oberen und unteren Fläche der metallischen Ummantelung 11 verlaufen. Die seitlichen Schenkel der Teile 15, 16, 17 und 18 sind mittels eines starren vertikalen Elements oder Schenkels 23 miteinander verbunden, welches geringfügig länger ist als der Gesamtdurchmesser der Leiter und deren Isolierabdecklage oder -lagen.

Wie zu erkennen ist, ist die Querschnittsform jedes Teils diejenige eines im wesentlichen U-förmigen Kanals mit den Schenkeln 21 und 22, die sich im wesentlichen annähernd zu einer Vertikalebene erstrecken, die durch die Mitte des anliegenden Leiters verläuft, der dem offenen U-Bereich des Kanals zugewandt ist. Die Schenkel 21 und 22 erstrecken sich von dem flachen,sie verbindenden Schenkel 23 hin zu jeder Seite in einem Abstand zu dem Leiter, der gleich ist dem Maximalradius des Leiters plus dessen Isolierung. Druckkräfte, die auf die Kabelummantelung 11 einwirken, insbesondere in senkrechter Richtung zur Längsachse des Kabels 10, werden von den Kanälen 20 aufgefangen, welche im Querschnitt starr und steif sind; auf diese Weise wird eine Beschädigung der Leiterisolierung durch derartige Kräfte verhindert. Wenn daher das Kabel an einen Gegenstand, wie beispielsweise ein Bohrlochrohr oder ein ölauffangmotor mittels Bänder oder Strapse befestigt wird, eine Situation, die auf ein Zusammendrücken des Kabels verursacht, greift das Band an der Außenseite der Ummantelung 11 an, wobei die starren und steifen Unterstützungsteile 15, 16, 17 und 18 eine Beschädigung der darunterliegenden Isolierung verhindern.

Die Kanäle 20 für die Teile 15, 16, 17 und 18 sollten ebenfalls ein Ausmaß an Flexibilität und Widerstandskraft in zwei Sichtungen aufweisen, wodurch es dem Kabel gestattet ist, Biegungen mit großen Radien durchzuführen, die notxtfendig sind, wenn das Kabel in eine Betriebsstellung gebracht wird» Dies wird durch eine erste Reihe von Schlitzen 30 bewirkt, die sich durch jeden Kanalschenkel 21 hindurch nach innen erstrecken, senkrecht durch den Verbindungsschenkel 23 und die annähernd an dem Bogen enden, bei dem der Schenkel 23 mit dem gegenüberliegenden Schenkel 22 zusammentrifft.. Die Schlitze 30 weisen im wesentlichen einen gleichförmigen Abstand in Längsrichtung des Kanals auf, wobei der Kanal 20 in eine Folge von einzelnen flexibel miteinander verbundenen Kanalsegmente geteilt wird» In Längsrichtung und abwechselnd zwischen den Schlitzen 30 ist eine zweite gegenüberliegende Reihe von Schlitzen 31 vorgesehen, die sich senkrecht in den Körper eines jeden Kanals 20 von dem Schenkel 22 aus bis zu der Biegung hin erstrecken, bei der der Schenkel 21 den Schenkel 23 trifftο Die Schlitze 31 weisen in Längsrichtung ebenfalls im wesentlichen einen gleichförmigen Abstand voneinander auf und sind annähernd in der Mitte zwischen den Schlitzen 30 angeordnet» Auf diese Weise erstrecken sich die Schlitze 30 und 31 jet-zeils abwechselnd von den Schenkeln 21 und 22 nach innen und verleihen den Kanälen 20 eine größere Flexibilität in zwei Richtungen in der Hauptebene der Kabelbiegung, d.h. in einer Ebene senkrecht zu der Ebene, welche durch die Zentren der nebeneinander angeordneten Kabelleiter 12, 13 und 14 verläuft„

Jeder Leiter 12, 13 und 14 kann ein aus mehreren Strängen bestehender Leiter oder ein massiver metallischer elektrischer Leiter sein, so x^ie es am besten aus den Fig. 1 und

3 erkennbar ist; jeder Leiter wird von einer oder mehreren Lage(n) einer geeigneten elektrischen Isolierung bedeckt oder beschichtet. Zwei solcher Isolierungslagen sind in Fig. 3 dargestellt und jeweils mit 34 und 35 bezeichnet. Die Lagen 34 und 35 bestehen üblicherweise aus Plastik oder Gummikomponenten, die relativ weich sind und deren Oberfläche daher leicht eingeschnitten oder durch Reiben oder direkten Kontakt mit härteren und steiferen Oberflächen, wie sie bei den druckfesten Kanälen 20 verwendet werden, abgerieben werden können. Jeglicher Schnitt oder Abrieb der Leiterisolation kann eine erhebliche Verminderung der Beschichtung und Isoliercharakteristika bewirken.

Die Schlitze 30 und 31, die in die Kanäle 20 eingeschnitten sind, können insbesondere zu scharfen Kanten und Ecken führen, die an der Innenseite der Kanäle 20 auftreten können, was einen Abrieb der weicheren Isolierlage 35 bewirken kann, die sich in unmittelbarem Kontakt mit einem Kanal 20 befindet, insbesondere dann, wenn der Kanal aus Stahl oder einem Aluminiumblech besteht.

Um einen derartigen Abrieb zu verhindern, ist eine langgestreckte Einlage in das durch den Kanal 20 geformte U eingesetzt. Die Einlage, von der eine mit der Bezugsziffer 20 gekennzeichnet ist, hat im wesentlichen flache,einander gegenüberliegende Flächen, welche an der Innenfläche der Schenkel 21 und 23 anliegen und sich an diesen entlang erstrecken. Eine halbkreisförmige Randfläche 35 ist an der Einlage angeformt, um konform mit der zylindrischen äußeren Isolierlage 35 der darunterliegenden Isolierung ausgebildet zu sein. Jede Einlage 40 ist genügend fortlaufend ausgebildet, um die inneren Ecken und Ränder der Schlitze 30 und 31 zu

überbrücken,, wobei diese Ränder von einem direkten Kontakt mit der Isolierung auf den darunterliegenden Leiterkern entfernt gehalten i-jerden»

Die Schutzeinlagen 40 sind vorzugsweise etwas flexibel,, damit sie gleichzeitig mit dem darüberliegenden Kanal Bögen durchlaufen können, die im wesentlichen in Richtung senkrecht zur Hauptbiegeebene oder Längsachse des Kanals 10 verlaufen» Zur Verwendung bei ölbohrlöchern werden die Einlagen vorzugsweise aus einem Material zusammengestellt u welches gute thermische Leiteigenschaften besitzt„ um die auf das Kabel in derartigen Umgebungen einwirkende Hitze ableiten zu können= Das Einlagematerial- sollte relativ glatt sein, damit es auf der äußersten Isolierumhüllung 35 gleiten kann, insbesondere während einer Biegung der letzteren»

Ein geeignetes metallisches Material für die Einlage ist Blei j, welches eine glatte Oberfläche für ein leichtes Gleiten auf der federnden Isolierlage besitzt und darüber hinaus eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist« Ändere geeignete metallische oder nicht-metallische Materialien können ebenfalls für die Einlagen verwendet werden» Die Einlagen stellen in beträchtlichem Maß einen Schutz für die Isolierung des Leiters gegen einen Kontakt mit und einen möglichen Angriff von die Isolierung mindernden und korrosiven Chemikalien dar.

Der zentrale Kabelleiter 13 (Fig» 1) wird insbesondere durch zwei sich gegenüberliegende einander zugewandte Einlagen geschützt, die jeweils in einem Paar einander gegenüberliegender und einander zugewandter Stützteile 16 und 17 eingebettet sind, wobei die Ränder der konkaven Oberflächen 45 sich annähernd treffen»

Durch Ausbilden jedes der Stützteile 15, 16, 17 und 18 als einen Bestandteil eines flachen Kanals 20 und eine Einlagekomponente 40, die in den Kanal 20 eingesetzt werden kann, wird die Herstellung der druckfesten Teile erleichtert. Wie bei den Kanälen 20 können die einzelnen Einlagen 40 durch Abschneiden der erforderlichen Länge von einem Streifen Einlagematerials geeigneter Abmessung und Form hergestellt werden.

Die Einlage 40 kann leicht in ihre jeweiligen Kanäle 20 befestigt werden, indem man schmale Oberflächenbereiche an den einander gegenüberliegenden Schenkeln 21 und 22 der Kanäle 20 nach innen prägt, vertieft, oder halbperforiert, um nach innen vorspringende Nasen oder Haken 46 auszubilden. Die einander gegenüberliegenden Vorsprünge 46 wirken zusammen, um zwischen sich die obere und untere Fläche der Einlagen 40 zu ergreifen, die in das zugeordnete Kanalteil derart eingepreßt ist, daß ihre konkaven Oberflächen 45 in die gleiche Richtung weisen, wie das Innere des Kanal-U. Die Kanalteile und Einlagen, wie sie oben beschrieben worden sind, sind in der US-Anmeldung Ser.No. 390-308 offenbart und beansprucht und arbeiten unter den meisten der Bedingungen, wie sie bei ölbohrlöchern azutreffen sind, zufrieden*- stellend. Es kann jedoch Situationen geben, in denen die Kabel Stoßen und Druckkräften ausgesetzt sind, welche groß genug sind, wesentliche innere Ausbiegungen der Kanalteile zu verursachen. In solchen Fällen können die parallelen Schenkel 21 und/oder 22 der Kanalteile nach innen aufeinanderzu gebogen werden, wodurch der Verbindungsschenkel 23 um seine Hauptebene gebogen wird, weit genug, um entweder dem einen oder beiden Schenkeln 21 und 22 zu gestatten, sich zusammenzudrücken und möglicherweise sogar die darunterliegende Einlage und die Leiter-

isolierbeschichtung zu durchdringen-

Erfindungsgemäß ist ein zusätzliches druck- und stoßfestes Teil zwischen Paare einander anliegender Schenkel 23 eingesetzt und senkrecht zur Ebene des Kabels 10 ausgerichtet» Dieses Teil besteht aus einem Ausfachelement 50 von rechtwinkliger Querschnittsform und ist auf seiner Kante eingebaut, um die Druck- und Stoßfestigkeit der nebeneinanderliegenden U-förmigen Teile 20 zu verstärken. Die Ausfachelemente 50 bestehen aus Materialien, die ein hohes zitfeites Trägheitsmoment besitzen oder eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Biegen und gute thermische Leitfähigkeit„ um den Wärmetransfer von den Kabeln zu fördern»

Die Ausfachelemente 50 haben eine Dicke, die im wesentlichen abhängig von solchen Faktoren variieren kann, wie die maximal zulässige Breitenabmessung des Kabels und die gewünschte zusätzliche Stoß= und Druckfestigkeit, die dem Kabel verliehen werden soll» Für eine vorgegebene Kabellänge x-jird die Länge jedes Ausfachelements üblicherweise im wesentlichen gleich derjenigen des U-förmigen Kanalteils 20 gemacht„ welche an einer anliegenden Seite des Ausfachelements angeordnet isto Die Höhenabmessung des Ausfachelements ist zumindest gleich derjenigen der nebenliegenden und parallelen Schenkel 23 jedes Kanals, so daß die Ausfachungen die Druck- und Stoßkräfte aufnehmen und absorbieren/ welche anderenfalls in erster Linie von den Kanalteilen zu absorbieren wäre.

Wie oben erwähnt, bestehen die Ausfachungen vorzugsweise aus einem Material _r das ebenfalls gute thermische Leitfähigkeit besitzt und einen zusätzlichen Transfer und eine zusätzliche Dissipation der Wärmeenergie in dem Kabel bei hohen Umgebungstemperaturbedingungen zu

bewirken. Gute thermische Leitfähigkeit wie auch eine hohe Druck- und Stoßfestigkeit wird dann erzielt, wenn die Ausfachungen aus Metall/ wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, hergestellt werden.

Insofern, als daß das Kabel 10 flexibel genug sein sollte, um zweiseitige Biegungen mit großem Radius gleichzeitig und im gleichen Ausmaß wie die U-Kanalteile 20 ausführen zu können, sollten die Ausfachungen 50 in der gleichen Weise geschlitzt sein, wie die Schenkel und 22 der U-Kanalteile 20; d.h. mit in Längsrichtung abwechselnd beabstandeten Schlitzen 52 und 53, welche sich jeweils in die Ränder 54 und 55 der Ausfachungen 50 erstrecken. Die Schlitze 52 und 53 erstrecken sich weit genug in das Innere des Körpers jeder Ausfachung 50, um die erforderliche Biegeflexibilität vorzusehen. Üblicherweise erstrecken sich die nach einer Seite offenen Schlitze 52 und 53 über die Mittellinien der Ausfachungen und über den Boden bis dicht zu den jeweils gegenüberliegenden Rändern 55 und 54. Wenn die Ausfachungen zwichen den vertikalen Schenkeln 23 der sich gegenüberliegenden U-Kanäle eingesetzt sind, können die Schlitze in Längsrichtung bezüglich der Schlitze in dem U-Kanal, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, verschoben oder abgesetzt sein, um zu verhindern, daß die Ränder, welche einen Satz von Schlitzen in den U-Kanälen bilden, sich in den anliegenden Satz Schlitze in den Ausfachungen einschieben und einhaken, insbesondere dann, wenn das Kabel während des Gebrauchs um seine Hauptebene verdreht wird.

Die Schlitze 52 und 53 können sich bezüglich der Längsachse der Ausfachungen senkrecht erstrecken, so wie es in Fig. 4 dargestellt ist; die Schlitze können jedoch auch in einem Winkel geneigt sein, der geringer ist als

ein rechter Winkel, um die Ausfachungen mit der Fähigkeit zum Absorbieren größerer Stöße zu versehen, die senkrecht gegen die flachen Ausfachungskanten 54 oder einwirken»

In dem Ausführungsbeispiel der Fig„ 5 x^eist die Aus fachung 60 Schlitze 62 und 63 mit sich gegenüberliegenden offenen Ränder auf , welche bezüglich der Längsachse der Ausfachung 60 um ca- 45° geneigt sind» Durch das Neigen der Schlitze in diese Weise werden die Kantenelastizitätscharakteristika der Ausfachung erhöht, so daß die Ausfachung 60 in Antwort auf Randstöße leichter zusammenfällt. Solange der Fließpunkt des Ausfachmaterials nicht überschritten wird, kehrt die Ausfachung 60 zumindest teilweise in ihre ursprüngliche Konfiguration, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, zurück»

Die Ausfachungen 50 und 60 ermöglichen es, für das Kabel 10 die Isolierdicke der einzelnen Leiter zu erhöhen, wobei die Gesamtabmessung des Querschnitts des Kabels nur minimal zunimmtο Dies liegt darin begründet, daß mit den bei dem Kabel verwendeten Ausfachungen als hauptdruck und stoßfesten Elementen die Dicke der Schenkel 21, 22 und 23 der Kanalteile 20 minimiert werden kann, wobei die erzielte Fläche in dem ü-Kanal zur Anhäufung von mehr Leiterisoliermaterial verwendet wird= Beispielsweise, und wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 dargestellt ist, worin gleiche Teile der Fig» 1 bis 5 von einem einzigen Beistrich C') unterschieden werden und angenommen, daß in etwa die gleiche Menge Einlagematerial in jeder Einlage 40' wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig» 3, verwendet worden ist, kann die Dicke der Kanalschenkel 21', 22' und 23° der Teile 20" weniger als halb so groß gemacht werden wie diejenige des Teils 20 in einem solchen vorhergehenden Ausführungsbeispielo Diese Reduzierung der für

die Teile 20* erforderlichen Querschnittsfläche bietet für die Leiter 12', 13· und 14' die Möglichkeit dickerer Lagen 34' und/oder 35' für die Isolierung, welche auf jeden Leiter 12', 13' und 14' des Kabels 10' aufgelegt werden kann. Es ist offensichtlich, daß die inneren Ränder 45' der Einlagen 40' einen größeren Kurvenradius haben, um dem größeren Durchmesser der Isolierung auf dem Leiter Rechnung zu tragen.

Die äußere Ummantelung und Bewehrung, die Ausfachungen und die Bleieinsätze ebenso wie die vertikalen Schenkel der Kanalteile dienen alle zum Schutz der Leiterisolierung vor Beschädigungen, die von senkrechten Druckkräften, horizontalen oder seitlichen (Rand)stoßen herrühren und vor Beschädigungen, die durch Dekompressionsrisse bewirkt werden. Daher vergrößern vertikale Schenkel 23 der Kanalteile die Druckfestigkeit wesentlich und in diesem Falle sollte die Breite jedes Vertikalschenkels lediglich ca. halb so groß sein wie diejenige der zentralen Ausfachung 50. Durch Reduzierung der Dicke der äußeren zwei Kanalteile kann proportional mehr Isolierung von den dünneren Kanalteilen umschlossen werden, ohne die Gesamtdicke des Kabels nennenswert zu erhöhen. Vorteilhafterweise kann die Extradicke der Isolierung dazu dienen, eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Randstöße vorzusehen. Es kann bei bestimmten Stufen in dem Herstellverfahren, und insbesondere wenn das Kabel umhüllt oder bewehrt wird, die Außenseite der Isolierung in Längsrichtung, radial verschoben oder in anderer Weise verformt werden. Dementsprechend ist es vorteilhaft, einen Extraradius an Isolierung an dem äußeren Leiter vorzusehen, so daß eine Minimalisolierung sichergestellt ist.

Wie bereits oben erwähnt, besteht die Neigung zu einer Dekompressionsexpansion, wenn die Isolierung wegen der Gegenwart von eingeschlossenem komprimiertem Gas versucht sich "auszublasen". Die Horizontal-oder Längskraftkomponenten, die auf diese Weise erzeugt werden, werden in der Anordnung ausbalanciert, so daß keine nennenswerte Verschiebung in Längsrichtung vorkommt. Jedoch neigen auswärts gerichtete Kraftkomponenten dazu, die Schenkel 21 und 22 des Kanalteils 20 nach außen auseinanderzudrücken,» Genügend große innere Drücke können die Kanäle weit genug aufbiegen, um es der Kabelisolierung zu gestatten, um die Ränder herum und zwischen die Kanalschenkel 21 und 22 zu fließen» Dieses Bestreben ist für den mittleren Leiter am größten? da die Ummantelungswellen nicht eng gegen die Schenkel 21 und 22 dieser sich einander gegenüberliegenden Kanalteile, die den Leiter umschließen, pressen können»

Die Kanalteile an den Außenseiten erhalten demgegenüber jedoch eine nennenswerte Stützung von der Ummantelung, da die ümmantelungswellen um die Isolierung eines äußeren Leiters um die Schenkel 21 und 22 der Kanalteile herumlegen,, Dies ist der Grunde weshalb für einige Anwendungsgebiete die Außenkanäle nicht zu dick zu sein brauchen wie die mehr im inneren angeordneten Kanalteile, um den gleichen Dekonipressionskräften zu wider stehen . Das Ausführungsbeispiel in Fig» 7 zeigt einen Kabelaufbau (mit entfernter äußerer Metallummantelung), der gute Druckfestigkeit aufweist, mehr Isolierung an den außen gelegenen Leitern besitzt, um den Randflüssen zu widerstehen, und gleiche Dekompressionsfestigkeit, ohne eine Zunahme der Kabeldicke und einer relativ geringen Zunahme in der Breite. Zusätzlich erlaubt dieses Ausführungsbeispiel in den Kanalteilen weniger Metall zu verwenden, wodurch die

Flexibilität des Kabels erhöht wird.

In Fig. 7 werden gleiche Teile wie in den Fig. 1 bis 6 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und durch einen Doppelstrich unterschieden. In diesem Ausführungsbeispiel stützen sich die beiden äußeren Leiter 12" und 14" des Kabels 10" auf die Ausfachungen 50", welche zu beiden Seiten und parallel des mittleren Leiters 13" angeordnet sind, und zwar in erster Linie um den Stoßen und Druckkräften zu widerstehen. Die beiden äußeren Kanalteile 20" umfassen jeweils die Einlagen 15" und 18" und weisen eine halb so große Dicke auf wie die mittleren Kanalteile 20", wodurch eine beträchtlich dickere Isolierlage 34" und/oder 35" auf die beiden äußeren Leiter 12" und 14" aufgebracht werden kann als bei der Abdeckung des mittleren Leiters 13", ohne die Gesamtdicke des Kabels zu vergrößern.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dargestellt, wobei das Kabel 10"' noch eine hohle biegsame Bohrleitung 66 aufweist, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt und welche mittig in dem Kabel 10"· angeordnet ist. Das Rohr 66 kann im wesentlichen den gleichen äußeren Durchmesser wie die Isolierung 35"' auf einem anliegenden äußeren Leiter 12"' oder 14"' besitzen, und dient dazu, verschiedene Förderflüssigkeiten, wie beispielsweise öl, Hydraulikfluid oder Kühlmittel in dem Kabelaufbau zu transportieren.

Das Rohr 66 kann aus einem Thermoplast oder einem anderen geeigneten Material bestehen, das geeignet ist, Biegungen mit großem Radius zusammen mit den Leitern 12"' und 14"' durchzuführen, und kann zusätzlich zu den Förderflüssig-

keiten als Medium zum Einschließen verschiedener Typen von Instrumenten und Instrumentenleitungen, wie beispielsweise Wärme und Druck fühlende Vorrichtungen in dem Kabelinneren an verschiedenen Stellen entlang der Kabellänge verwendet werden» Das Rohr 66 kann ebenfalls dazu verwendet werden, Substanzen durch das Kabelinnere hochzuziehenο Ein oder mehrere Schlitze oder öffnungen (nicht dargestellt), die mit dem Inneren des Rohres 66 in Verbindung stehen^ können sich in Querrichtung durch eine oder beide Kabelseiten hindurcherstrecken, um einen oder mehrere Punkte zur Verbindung zwischen dem Inneren des Rohrs 66 und der Außenoberfläche des Kabels 10""¹ vorzusehen»

Der Schutz des Rohrs 66 gegen Verformung und auftreffenden Stoßen und Druckkräften wird durch Kanal- und Ausfachungsstrukturen vorgenommen, die jeweils mit 20"' und 50"° bezeichnet und bereits oben beschrieben worden sind.

Wie oben dargestellt, umfassen die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäß aufgebauten Kabels langgestreckte Ausfachungsteile 50 und 50\ die im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, um die anliegenden Lagen elektrischer Isolierung vor möglichen äußeren zerstörenden Kraftkomponenten zu schützen. Da diese druckfesten Teile diesen Schutz bewirken, ist es für einige Aratfendungsgebiete möglich, dünnere Bewehrungen auf der Außenseite des Kabels zu verwenden. Bei manchen Anwendungsgebieten, bei denen ein Schutz gegen eine Ausdehnung der Isolierung durch nach außen gerichtete Dekompressionskraftkomponenten nicht erforderlich ist, können die Kanalteile 20, 20', 20" und 20"', die dazu dienen, die Isolierung gegen Expansion zusammenzuhalten, von dem Kabelaufbau entfernt werden, und lediglich die

Ausfachungen 50 oder 50' als die Isolierung schützende Elemente übrig lassen.

Obwohl verschiedene vorteilhafte Ausführungsbeispiele ausgewählt worden sind, um die Erfindung dazustellen, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dabei den Erfindungsbereich, wie er von den beigefügten Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Elektrisches Kabel mit einer Vielzahl von langgestreckten Leitern, deren jeweilige Längsachsen im wesentlichen parallel angeordnet sind und durch individuelle Isoiierlagen voneinander elektrisch isoliert sind, und mit einer die Leiter umgebenden Ummantelung, gekennzeichnet durch ein erstes langgestrecktes Element, das zwischen den auf den Leitern befindlichen Isolierlagen vorgesehen ist und sich entlang einander gegenüberliegender Bereiche der Ummantelung erstreckt, wobei es einen Bereich aufweist, der einen Abschnitt der Isolation eines der Leitern umgibt„ um nach außen gerichteten Kraftkomponenten zu widerstehen, die auf den Isolierabschnitt gerichtet sind, und durch ein zweites langgestrecktes Element in der Ummantelung„ mit im wesentlichen rechteckiger Querschnittsform,, das an das erste Element anliegend zur Aufnahme nach innen auf die Isolation gerichteter Kraftkomponenten dient, wobei das erste und das zweite Element im Querschnitt starr und steif und zumindest in einer Ebene für eine Biegung mit großem Radius ausreichend flexibel sind«

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2. Elektrisches Kabel, mit einer Vielzahl von langgestreckten elektrischen Leitern, deren jeweilige Längsachsen im wesentlichen parallel angeordnet sind, mit einer elektrischen Isolation, welche einzeln die Leiter zwecks elektrischer Isolation umgibt, gekennzeichnet durch ein erstes Teil, das zwischen dengenannten Leitern angeordnet ist und einen ersten Schenkelabschnitt aufweist, der sich in Richtung auf die und anliegend an der Oberfläche der Isolierung eines der genannten Leitern erstreckt, und welches einen zweiten Schenkelabschnitt besitzt, der den ersten Schenkelabschnitt befestigt, wobei der zweite Schenkelabschnitt weniger kompressibel ist als das Isoliermaterial des anliegenden Leiters, um inneren und äußeren die Isolierung zerstörenden Kräften widerstehen zu können, und durch ein zweites langgestrecktes Teil im wesentlichen rechteckiger Querschnittsform, das in dem Kabel im wesentlichen parallel und anliegend an den ersten Teil angeordnet ist, um den äußeren durchschlagenden Kräften zu widerstehen.

3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element einen dritten Schenkelabschnitt aufweist, der daran befestigt und sich im wesentlichen parallel zu dem ersten Schenkelabschnitt hin zu einer Position erstreckt, in welcher er an einer anderen Fläche der Isolierung anliegt.

4. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Schenkelabschnitt sich von dem genannten zweiten Schenkelabschnitt fort in die gleiche Richtung erstreckt, wobei das erste Element im wesentlichen eine U-förmige Querschnittsform aufweist und wobei das zweite Element im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt besitzt.

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ο Kabel nach mindestens einem, der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet , daß das erste und zweite Element im wesentlichen so aufgebaut sind, daß es Biegungen mit einem großen Radius in einer Ebene durchführen kann, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene läuft, in der sich die Längsachsen befinden»

β ο Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Element jeweils einen Randbereich aufweisen, der mit einer Vielzahl von mit offenen "Enden versehenen Schlitzen ausgestattet ist, um das Biegen der genannten Teile in der genannten Ebene zu erleichtern»

ο Kabel nach Anspruch 6 ₀ dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Element Längsachsen aufweist, welche im wesentlichen parallel verlaufen und wobei sich die Schlitze von den Randbereichen der genannten Elemente nach innen auf die Längsachsen der Elemente su erstrecken=

8= Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schütze im zweiten Schenkelabschnitt des ersten Elements im wesentlichen bezüglich der Längsachse mit einer neigung versehen sind, die geringer ist als 90°ο

ο Kabel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Schütze sich abwechselnd von gegenüberliegenden Randbereichen des ersten und zweiten Elements aus erstrecken»

ο Kabel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet „ daß das erste und zweite Element einen starren Querschnitt aufweisen=

1ϊ. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des ersten Schenkelabschnitts des ersten. Elements im wesentlichen geringer ist als die Dicke des zweiten Elements.

12. Kabel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des zweiten und dritten Schenkelabschnitts des ersten Elements im wesentlichen geringer ist als die Dicke des zweiten Elements.

13. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein langgestrecktes hohles Teil anliegend an das zweite Element vorgesehen ist.

14. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein langgestrecktes Element in der U-Form des ersten Elements angeordnet ist.

15. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Querschntts des zweiten Schenkelabschnitts des ersten Elements größer ist als die Querschnittsdicke des ersten Schenkelabschnitts.

16. Kabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsdicke des genannten zweiten Schenkelabschnxtts im wesentlichen doppelt so groß ist wie die Querschnittsdicke des ersten Schenkelabschnxtts.

17. Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsdicke des zweiten Schenckelabschnitts des ersten Elements in der genannten ersten Ebene größer ist, als die Querschnittsdicke von jedem der ersten und dritten Schenkelabschnitte dieses Elements,

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18o Kabel nach Anspruch 17, dadurch g e k e η η ζ e i c h net,, daß der erste und dritte Schenkelabschnitt des ersten Elements im wesentlichen eine gleiche Querschnittsdicke besitzen„

19. Kabel nach Anspruch 18„ dadurch gekennzeichnet,, daß die Querschnittsdicke des zweiten Schenkelabschnitts im wesentlichen doppelt so groß ist wie diejenige des ersten und dritten Schenkelabschnitts»

2Oo Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der elektrischen Leiter im we= sentlichen einen Abstand voneinander aufweisen und im wesentlichen in einer Ebene liegen.

ο Elektrisches Kabel mit einer Vielzahl von langgestreckten elektrischen Leitern, die im -wesentlichen in Längsrichtung parallel verlaufende Achsen aufweisen, wobei jeder der Leiter von dem anderen durch eine Isolierlage elektrisch isoliert ist, gekennzeichnet durch eine äußere Ummantelung, Xtfelche die isolierten Leiter umgibt, durch ein innerhalb der Ummantelung angeordnetes langgestrecktes Teil mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, das zwischen den genannten Leitern angeordnet ist und sich an gegenüberliegenden Abschnitten der genannten Ummantelung entlang erstreckt, um Stoßkräften auf die Ummantelung zu widerstehen, welche die Isolierung zerstören könnten, und wobei das genannte Teil eine Steifigkeit im Querschnitt aufweist, die größer ist, als diejenige der Isolierungslagen, und wobei es ausreichend flexibel ist, um Biegungen mit einem großen Radius zusammen mit dem Kabel in einer Ebene durchzuführen, die im wesentlichen senkrecht zu einer Ebene verläuft, welche die Längsachsen enthät.