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Ein- oder mehradriges beheizbares elektrisches Kabel
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein ein- oder mehradriges mit extrudierbaren
Werkstoffen auf der Basis von Thermoplasten, Elastomeren oder thermoplastischen
Kautschuken ummanteltes und/oder solche Werkstoffe im Schichtenaufbau enthaltendes
elektrisches Kabel, insbesondere zum Anschluß an ortsveränderliche Verbraucher.
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Die elektrische Beheizung von strömende Medien führenden Rohren, Rohrleitungsbündeln
oder sog. Rohrbündelkabeln ist seit langem bekannt (DE-OS 29 18 144). Hierbei geht
es z. B.
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darum, durch eine Temperierung des Mediums dieses transportfähig zu
machen oder zu halten. Zur Beheizung werden auch schon sog. Heizbänder verwendet,
die in selbstregulierender Form im Innern einer Kunststoffumhüllung in der Regel
längsverlaufend angeordnet sind.
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Im Gegensatz hierzu ging es bisher bei elektrischen Kabeln zur Engerieübertragung
beispielsweise darum, zur Temperaturüberwachung in den Kabelaufbau Prüf- oder Überwachungsleitungen
einzubauen, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur entsprechende
Signale an Meß- oder Kontrollgeräte geben.
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Diese Leitungen können z. B. im Kabelkern angeordnet sein (DE-PS 635
488).
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Lediglich bei mit Masse gefüllten Kabeln hat man auch schon vorgesehen
(DE-PS 661 692), mittels einer elektrischen Heizung die Füllmasse auf annähernd
gleichbleibender Temperatur zu halten, um Ungleichmäßigkeiten im thermischen Verhalten
des Kabels zu beseitigen, d. h. das Kabel thermisch zu stabilisieren.
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Mit Einführung der Gummi- und Kunststoffkabel erübrigtesich eine solche
Maßnahme, im Gegenteil, wie das oben angeführte Beispiel zeigt, war man bestrebt,
durch entsprechende Überwachungseinrichtungen jede Temperaturerhöhung, die den Betrieb
gefährden könnte, zu vermeiden.
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Nun gibt es aber Fälle, bei denen aufgrund der äußeren Bedingungen
mit Gummi oder Kunststoff, also extrudierbaren Werkstoffen, isolierte Kabel zeitweise
oder ständig Temperaturen von - 250 C und mehr ausgesetzt sind. Beispielsweise in
Kältezonen der Erde, wo elektrische Kabel zur Versorgung und Steuerung ortsveränderlicher
Geräte und Einrichtungen benötigt werden, etwa für Bagger oder Räumgeräte im Tagebau,
unterliegen solche Kabel extremen Belastungen, da die Unterkühlung im bewegten bzw.
bewegbaren Zustand erfolgt. Sind die zu versorgenden Geräte oder Einrichtungen abgeschaltet,
kann nicht einmal die Verlustwärme des Kabels für eine gewisse Temperierung sorgen.
Diese Kabel können dann nicht bewegt werden, ohne daß die Isolier- und Mantelwerkstoffe
brechen und somit das Kabel zerstört wird.
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Der Erfindung liegt deshalb, ausgehend von diesem Stand der Technik,
die Aufgabe zugrunde, dafür zu sorgen, daß eine Temperierung gummi- oder kunststoffisolierter
Kabel jeder Zeit möglich und damit die Funktionstüchigkeit und Betriebssicherheit
des Kabels auch bei extremen Temperatureinflüssen gewährleistet ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Energiekabel
elektrisch beheizbar ist. Diese Möglichkeit erweitert den Einsatzbereich von mit
extrudierbaren Werkstoffen auf der Basis von gummi- oder kunststoffummantelten und/oder
solche Werkstoffe im Schichtenaufbau enthaltenden elektrischen Kabeln wesentlich.
Je nach äußeren Umgebungstemperaturen und Betriebszustand des Kabels selbst, Entstehung
von Verlustwärme oder nicht, kann die zusätzliche Heizung und damit eine Temperierung
des Kabels und vor allem der äußeren Kunststoffschichten wirksam werden.
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Die Art der Beheizung kann unterschiedlich sein. In der Regel wird
man so vorgehen, daß zum Schutz der Kunststoffmaterialien gegen Kälteeinflüsse der
äußere Bereich des Kabels beheizt wird.
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Als vorteilhaft hat es sich deshalb in Durchführung der Erfindung
erwiesen, wenn der Außenmantel beheizbar ist. Damit ist eine sichere Abschirmung
des Kabels gegen Kälteeinflüsse, die sich schädlich auf die verschiedenen gängigen
Kunststoffmaterialien auswirken können, gewährleistet.
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Zur Beheizung des Kabelaußenmantels können vorteilhaft elektrische
Heizleiter verwendet werden, die den Innenmantel umgeben. In diesem Zusammenhang
hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, z. B. glasseideumsponnene flexible
Heizdrähte über den Innenmantel mit einer Schlaglänge aufzubringen, die kleiner
als zwei mal dem Kabeldurchmesser ist. Die auf dem Umfang gleichmäßig verteilten
Heizdrähte können beispielsweise in drei Gruppen aufgeteilt und dreiphasig betrieben
werden.
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Eine Glasseidenumspinnung der Heizdrähte ist nicht Voraussetzung für
die Lösung der mit der Erfindung gestellten Aufgabe.
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Auch andere bekannte hochtemperaturbeständige Materialien sind für
die Zwecke der Erfindung geeignet. Der Vorteil einer Glasseidenumspinnung liegt
jedoch darin, daß die EIeizdrähte innerhalb einer solchen Isolierung gleiten können
und nicht, wie z. B. bei einer entsprechend ausgelegten Gummiisolierung, von dieser
festgehalten werden. Der Abriß von Heizdrähten während der Biegebeanspruchungen
ist damit vermieden.
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Die Dehn- und Stauchfestigkeit zu verbessern ist Zweck der kurzen
Schlaglänge, mit der die Heizdrähte auf den Innenmantel aufgeseilt sind.
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Eine andere Möglichkeit der Beheizung des Außenmantels ist in Weiterführung
der Erfindung die, auf die an sich bekannten sogenannten ablängbaren bandförmigen
Heizelemente zurückzugreifen und diese wendelförmig oder längsverlaufend in der
Kabelseele unterzubringen. Diese über eine halbleitende Schicht wirkenden Bänder
sind in der Temperaturführung selbstregulierend.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich in Weiterführung der Erfindung
erwiesen, wenn zur Beheizung des Außenmantels eine Heizmatte verwendet wird, die
zweckmäßig im Außenmantel selbst eingebettet sein kann. Geeignet hierfür ist ein
hochohmiges Metallgeflecht, durch das der Heizstrom fließt, während die Strom-Rückleitung
über eine gesonderte, z. B. innen liegende Ader erfolgt.
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Anstelle einer solchen Heizmatte kann auch eine dreiphasige Heizwicklung
aus einem Mischgeflecht für die Zwecke der Erfindung Anwendung finden. Gebildet
wird das Mischgeflecht aus einer Lage temperaturbeständiger isolierender Fäden,
in einer Richtung gefacht, und von hochohmigen Metalldrähten, gefacht in die andere
Richtung. Die Metalldrähte sind hierbei gegeneinander durch Fäden isoliert. Als
äußerer Abschluß dient eine letzte Lage aus temperaturbeständigen Fäden. Für einen
Drehstrombetrieb ist eine entsprechende Anzahl von Fachungen, die durch drei teilbar
sein muß, erforderlich. Die Energieeinspeisung erfolgt von einem Ende her, am anderen
Ende des Geflechts sind die Metalldrähte kurzgeschlossen. Die Speisespannung sollte
einen Wert von z. B. 60 - 65 Volt nicht überschreiten, da sonst zusätzliche Isolationsmittel,
auch im Mantel, eingesetzt werden müßten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
daß statt der hochohmigen Metalldrähte nieder-
ohmige Drähte verwendet
werden. Diese Drähte sind gegeneinander durch Zwischenlagen isoliert. Werden unterhalb
und oberhalb eines solchen Heizdrahtgeflechts schwach-leitfähige Bänder oder Folien
angeordnet und sind dabei die Metalldrähte des Geflechts an eine Spannungsquelle
angeschlossen, dann fließt, ähnlich wie bei den eingangs erwähnten selbstregulierenden
Bändern, ein Heizstrom über die leitfähigen Bänder, der den Kabelmantel aufheizt.
Die Einspeisung erfolgt wiederum einseitig, am anderen Ende des Geflechts sind die
Metalldrähte isoliert. Wie bei den bekannten ablängbaren Heizbändern auch, bedeutet
diese Konstruktion, daß die Speisespannungen längenunabhängig sind, die Heizleistung
bestimmt sich durch den Widerstand der Bänder.
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Die bisherigen Ausführungsformen der Erfindung betrafen die Heizung
bzw. Temperierung eines Gummi- oder Kunststoffkabels im Bereich der äußeren Umhüllung.
Je nach Kabelaufbau und den vorgegebenen Anforderungen kann es mitunter zweckmäßig
sein, von dieser Art der Beheizung abzugehen. Eine weitere Ausführungsform wäre
deshalb die, daß die Heizleiter mit den die Kabelseele bildenden Verseilelemente
verseilt sind. Diese Art der Temperierung kann auch eine zusätzliche Maßnahme darstellen
für den Fall, daß die Außenmantelheizung in der Leistung allein nicht ausreicht.
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Die Heizelemente können in Durchführung der Erfindung auch im Kabelkern
angeordnet sein oder diesen selbst bilden. Die Ausbildung der Heizleiter kann in
bekannter Art erfolgen.
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Unabhängig von der Art der verwendeten Heizelemente und dem Ort ihrer
Unterbringung im Kabelaufbau ist es oft von Vorteil, zusätzliche, temperaturausgleichende
Schichten mit im Kabel vorzusehen. Solche Schichten, z. B. in Form von Bändern oder
Folien aus die Wärme gut leitenden Kunststoffen oder Metallen, wie Kupfer oder Aluminium,
führen zu einer Vergleichmäßigung der Wärmeverteilung und günstigeren Wärmenutzung.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. ein flexibles
gummiisoliertes Energiekabel in Form einer sogenannten Leitungstrosse.
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Über dem Kern 1 sind die drei Hauptadern 2 verseilt. Diese Adern bestehen
aus dem aus Einzeldrähten aufgebauten Leiter 3, der Isolierung 4 sowie einer äußeren
Leitschicht 5. Die innere Leitschicht 6 sorgt für eine Vergleichmäßigung des elektrischen
Feldes in Leiternähe.
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Die Schutzleiter 7, in den Zwickeln der Hauptadern 2 angeordnet, bestehen
aus dem Leiter 8 mit einer darüber aufgebrachten Leitschicht 9. Jeweils ein Paar
Heizdrähte 10, 11 und 12 befinden sich in dem von den Hauptadern 2 und den Schutzleitern
7 gebildeten Zwickel, sie bestehen jeweils aus einem hochohmigen Leiter 13 und einer
äußeren Hülle 14 aus einer Glasseidebebänderung oder einem -geflecht.
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Ergänzt wird die durch die Heizdrähte 10, 11, 12 gelieferte Heizenergie
durch eine oberhalb des Innenmantels 15 angeordnete Lage aus einzelnen Heizdrähten
oder -elementen 16, vom Innenmantel 15 ist diese Lage z. B. durch eine Bandierung
17 getrennt, eine zweite Bandierung 18 umschließt die Kabelseele. Die einzelnen
Heizdrähte 16 können auch in Gruppen, z. B. drei, zusammengefaßt sein, um so einen
Dreiphasen-Betrieb zu ermöglichten Überdeckt werden diese Heizelemente von dem Außenmantel
19, der den Kälteeinflüssen unmittelbar ausgesetzt ist.
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Diese Anordnung der Heizdrähte oder -elemente läßt eine ausreichende
Temperierung zu. Ein Biegen und Bewegen des Kabels auch bei niedrigen Ternperaturen
ohne Gefahren für die Gummi-und Kunststoffschichten ist damit gewährleistet. Negative
Einflüsse auf die Flexibilität und Trommelbarkeit des Kabels sind nicht zu befürchten.