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Ein- oder mehradriges elektrisches Energiekabel mit Bewehrung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein ein- oder mehradriges elektrisches
Kabel, insbesondere in flexibler Ausführung zur Stromversorgung ortsveränderlicher
Verbraucher, mit einer über der dz Seele befindlichen Bewehrung aus einem Geflecht
oder einer Umseilung aus Drähten sowie einem darüber extrudierten Mantel als äußere
Umhüllung.
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Elektrische Energieübertragungskabel weisen oft über der Seele eine
sogenannte Bewehrung auf. Diese z. B. aus Stahlbändern, Drähten oder auch -geflechten
bestehenden konzentrischen Lagen haben die unterschiedlichsten mechanischen, aber
auch elektrischen Aufgaben zu erfüllen. So ist es Aufgabe einer Bewehrung, die Kabelseele
sowie den Kabelmantel vor Beschädigung durch Schlag oder Druck beim Transport oder
bei der Verlegung zu schützen, aber auch dafür zu sorgen, daß in diesen Fällen eine
erhöhte Zugbeanspruchung nicht zu einer Beschädigung der Kabelseele führt. Darüber
hinaus übernimmt aber eine Bewehrung bisweilen auch die Funktion einer Abschirmung,
z. B. als sogenannte Induktionsschutzbewehrung, um in benachbarten Kabeln oder Anlagen
aufgrund von Fehlerströmen Spannungen zu vermeiden oder eines Schutzleiters Der
mechanische Schutz der Kabelseele ist besonders schwierig auszuführen, wenn die
jeweiligen Kabel oder Leitungen ortsveränderliche Verbraucher mit Energie zu versorgen
haben. Hierbei sind nämlich die Kabel oder Leitungen
härtesten,
stark wechselnden mechanischen Belastungen ausgesetzt, die nur schwer zu kontrollieren
und nicht immer vorhersehbar sind. Hinzu kommt, daß die Bewehrung die Flexibilität
der Kabel oder Leitungen nicht oder nur unwesentlich beeinflussen darf. Solche Fälle
sind beispielsweise Versorgungsleitungen für Kräne, Hebezeuge, Bagger und dergleichen,
aber auch Kabel für ortsveränderliche Bergbaugeräte, an die besondere Forderungen
z. B. hinsichtlich ihrer Reißfestigkeit bei hoher Flexibilität gestellt werden.
So werden solche Versorgungsleitungen im Betrieb ständig auf- und abgetrommelt,
über Rollen umgelenkt oder sonst wie zwangsläufig geführt. In der üblichen Ausführung
werden daher die Kabel oder Leitungen mit Metallbewehrungen, etwa in Form eines
konzentrischen Geflechts oder aufgeseilter Stahl litzen, über der Seele ausgestattet,
oder sie werden beispielsweise mit Fasergeflechten versehen, die auch bei starker
mechanischer Beanspruchung eine Überbeanspruchung von Leitern und Seele vermeiden
sollen.
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Während Fasergeflechte zwar hohe Reißfestigkeiten aufweisen, also
Beanspruchungen in Achsrichtung auszuhalten in der Lage sind, wirken sie nicht gegen
Schlag- und Stoßbeanspruchungen in radialer Richtung, so daß für besonders auf Schlag
und Stoß beanspruchte flexible Kabel noch immer Stahldrahtbewehrungen im Einsatz
sind. Die Drehlage kann durch eine Bebänderung z. B. aus einem flammenwidrigen Glasseidenband
überdeckt sein. Solche Glasseidenbänder erfüllen infolge ihrer bekannten Brüchigkeit
jedoch nicht immer die gestellten Forderungen, ganz abgesehen davon, daß der oberhalb
der Bebänderung befindliche Kunststoffmantel nur lose über der Bewehrung angeordnet
ist und bei Biegebeanspruchungen des Kabels oder der Leitung leicht aufschiebt.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zu finden, Schäden an Kabeln und Leitungen durch stark wechselnde Biege-, Zug- und
Torsionsbeanspruchung weitgehend zu unterbinden.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die metallische
Bewehrung, das Geflecht oder die Um- bzw. Aufseilung,mit der Innenfläche des Mantels
mittels Haftvermittler mechanisch fest verbunden ist. Der hierdurch erzielte sichere
Kraftschluß zwischen Außenmantel und Bewehrung ist erreicht durch die Möglichkeit,
den Haftvermittler nach den verwendeten Materialien, z. B. für Geflecht und Mantel,
auszuwählen und gegebenenfalls auch den gestellten Anforderungen entsprechend anzupassen.
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Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Bewehrung und Mantel läßt
sich in Durchführung der Erfindung vorteilhaft dadurch erreichen, daß im Schichtenaufbau
des Kabels unterhalb der Bewehrung, etwa unterhalb eines Geflechts, ein klebendes
Band, beispielsweise ein Schmelzkleberbandi angeordnet ist.
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Dieses Band kann aus einem Träger mit ein- oder beidseitiger Kleberbeschichtung
bestehen oder ganz aus dem Schmelzklebermaterial hergestellt sein.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist die, als
Haftvermittler eine unterhalb des Geflechts oder der Umseilung angeordnete, vor
dem Aufextrudieren des Mantels unvulkanisierte Gummischicht zu verwenden.
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Diese Gummischicht aus einem Natur- oder Synthesekautschuk kann als
extrudierte Schicht über der Kabel seele angeordnet sein, sie kann aber auch aus
einer Bandbewicklung bestehen. Im letzteren Falle ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Bandbewicklung aus einem selbstvulkanisierenden Kautschukmaterial hergestellt
ist. Unabhängig von der Ausbildung der Gummischicht selbst verschweißen beim Aufbringen
des Außenmantels auf das Geflecht ohne Zwischenlagen das Mantelmaterial mit der
unterhalb des Geflechts oder der Umseilung angeordneten Gummi-(Kautschuk)-Schicht,
so daß das Geflecht oder die Umseilung kraftschlüssig eingebettet ist. Hierzu wird
man zweckmäßig Mantelmaterial und Schichtmaterial im Eigenschaftsbild aufeinander
abstimmen.
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Wird das Kabel nach der Erfindung mit einem Mantel aus vernetzbarem
Kautschuk ausgestattet, dann kann man in Weiterführung der Erfindung auch so vorgehen,
daß als Haftvermittler der Mantelmischung zugegebene Reaktionsmittel dienen.
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Beim Aufextrudieren des Mantels werden dann die Zwischenräume in der
metallischen Bewehrung voll mit dem Mantelmaterial ausgefüllt. Bei der anschließenden
Vulkanisation oder Vernetzung des Mantelmaterials bei gleichzeitiger Haftreaktion
eines dem Mantelmaterial zugegebenen Reaktionsmittels, im Falle von Kautsct beispielsweise
eine Schwefel- überdosierung, wird die Bewehrung kraft- und formschlüssig in die
Mantelunterseite integriert. Die Verbindung beispielsweise zwischen Mantel und einem
metallischen Geflecht ist dabei so intensiv, daß der "Geflechtschlauch" nicht mehr
gedehnt werden kann, unter Zugbeanspruchung eine Verkleinerung des Innendurchmessers
also nicht mehr möglich ist. Damit kann sich aber die Seele des Kabels in dem aus
der Kombination Geflecht-Außenmantel gebildeten "Schutzschlauch8 weitgehend frei
bewegen und entsprechenden Biegungen des Kabels folgen. Die Betriebssicherheit des
Kabels auch bei höchsten mechanischen Beanspruchungen ist damit wesentlich erhöht
sowie die Flexibilität und Trommelbarkeit verbessert. Solche Kabel sind daher
besonders
für den Einsatz unter erschwerten Bedingungen geeignet, beispielsweise für die Energieversorgung
im Bergbau. Hier verursachen Kabelschäden, die ein Auswechseln der Kabel erforderlich
machen, hohe Kosten, so daß Kabel hoher Qualität und langer Lebensdauer verlangt
werden. Ein nach der Erfindung aufgebautes Kabel liefert hierzu einen wesentlichen
Beitrag Statt eines Geflechts kann dem gleichen Zweck auch eine Umseilung mit metallischen
Drähten dienen. Oft kann es aber auch von Vorteil sein> einemäander- oder ceanderförmig
aufgebrachte Drahtlage zum festen Einbau in das Mantelmaterial oder zur festen Verbindung
mit diesem einzusetzen, Die Erfindung sei anhand des in der Fig. als Ausführungsbeispiel
dargestellten trommelbaren Mittelspannungskabels näher erläutert.
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Die als Litzenleiter ausgebildeten Leiter 1 des Kabels, die zur Erhöhung
der Flexibilität mit kleiner Schlaglänge im Gleichschlag verseilt sind und dem Energietransport
dienen, sind von der Isolierung 2, z. B. aus einem Natur- oder Synthesekautschuk
oder auch aus einem sogenannten thermoplastischen Kautschuk umgeben. Im Falle eines
Mittelspannungskabels trägt der Leiter 1 die sogenannte innere Leitschicht 3.
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Oberhalb der Isolierung befindet sich die mit der Isolieroberfläche
fest verschweißte, sofern es sich um Mittelspannungskabel handelt, oder nur "lose"
aufextrudierte äußere Leitschicht 4, sofern Niederspannungskabel oder -leitungen
nach der Erfindung ausgebildet werden. Die Leitschicht selbst kann z. B. aus einem
durch Rußzusatz leitfähigen Ethylen-Vinylacetat-Copolymer bestehen.
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Mit 5 sind aus einem Litzenleiter 6 und einer leitfähigen Umhüllung
7 bestehende Schutz- oder Uberwachungsleiter bezeichnet. Die zur Rundung der Seele
dienenden Beiläufe 8 bestehen z. B. aus einem Gummi oder aus gunmiähnlichem Material.
An dieser Stelle können ggf. auch weitere Adern in den Verseilverband eingebracht
werden. Die in den Zwickeln liegenden Adern können auch zu verseilten Gruppen, z.
B. Paaren, zusammengefaßt werden.
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Zur Verbesserung der Flexibilität und Erhöhung der Betriebssicherheit
sind die Freiräume in der Seele, d. h. die Zwickel zwischen den Energieadern, den
Schutzleitern, Bei läufe und dergleichen mit einem z. B. mit 2 Gew.-% Weichmacher
angeölten Graphit 9, das beim Einbringen rieselfähig ist und eine gute Haftfähigkeit
aufweist, angefüllt. Umschlossen wird die Seele von einem leitfähigen Faservlies
10, das zweckmäßig auf der der Seele zugekehrten Seite
glatt ist,
um eine Bewegungsmöglichkeit der Seele zu gewährleisten. Der Innenmantel 11, beispielsweise
aus einer vernetzten Gummimischung, umschließt die Kabelseele. Darüber ist, gegenenfalls
nach einer Bandbewicklung aus einer geeigneten Kunststoffolie, ein mechanisch hochfestes
Stahlgeflecht 12 angeordnet.
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Dieses Stahl geflecht kann auch durch eine Stahldrahtumseilung oder
eine Aufseilung von Stahldrähten ersetzt werden.
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Um eine kraftschlüssige und auch weitgehend formschlüssige Verbindung
zwischen dem Stahlgeflecht 12 und dem Mantel 13, beispielsweise aus einem Chloropren-Kautschuk,
sicherzustellen, ist unmittelbar unterhalb des Stahlgeflechts 12 eine Band- oder
Folienbewicklung 14 aus einem Schmelzkleber oder einem solchen enthaltenden bzw.
aus einem unvulkanisierten Kautschukband, gegebenenfalls in selbstvulkanisierender
Form, vorgesehen.
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Eine andere, hiervon abweichende Ausführungsform der Erfindung ist,
die, auf die Schicht 14 zu verzichten und stattdessen das Mantelmaterial mit entsprechenden
Reaktionsmitteln zu versehen, die nach den Durchdringen des Geflechts durch das
Mantelmaterial bei der anschließenden Vulkanisation für einen festen Verbund zwischen
Mantel 13 und quasi eingelagertem Geflecht 12 sorgen.
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