DE3530032A1 - Stromleitungskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromleitungskabel für mittlere und hohe Frequenzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stromleitungskabel für mittlere und hohe Frequenzen weisen einen ohmschen Widerstand auf, der infolge des Skineffekts, d. h. der durch Selbstinduktion ver­ ursachten Stromverdrängung zum Leiterumfang hin, größer als der Gleichstromwiderstand ist. Um diesen regelmäßig unerwünschten Effekt zu unterdrücken, werden Leiter beispielsweise in Form einer Hochfrequenzlitze ausgeführt, die eine relativ große Oberfläche bezogen auf den Querschnitt aufweist. Die dazu erforderliche Isolierung der einzelnen Leiter wird üblicherweise durch Lack-oder Kunststoffummantelungen gebildet. Der­ artige Isolierungen sind für einen Temperaturbereich bis zu oder geringfügig über 100°C geeignet, welcher für weite Anwendungsbereiche, insbesondere den Schwach­ strombereich und den Bereich mittlerer Belastungen, ausreicht.

Bei hohen thermischen Belastungen erweist sich das her­ kömmliche Stromleitungskabel als anfällig. Dies wird anschauchlich bei Kabeln für das Induktionsglühen ring­ förmiger Werkstücke, die um das Werkstück gelegt werden und mittels induzierter Ströme eine Wärmebehandlung des Werkstücks ermöglichen. Auf diese Weise können bei­ spielsweise Schweißnähte an Stahlrohren oder Stahl­ ringen spannungsfrei geglüht werden.

Bei einer solchen Behandlung lassen sich die am Werk­ stück angelegten Stromleitungskabel zwar auf einem Temperaturwert halten, der erheblich unter dem des Werkstücks liegt, indem man für eine Wärmeisolierung zwischen Werkstück und Kabel sorgt und das Kabel im übrigen zur Außenluft hin freilegt - die sich damit er­ gebende Kühlung des Kabels reicht in vielen Fällen aber nicht aus.

Zur Abhilfe ist man bei Stromleitungskabeln für das Induktionsglühen bereits in großem Maße dazu überge­ gangen, solche Kabel mit einer inneren Wasserkühlung zu versehen. Eine solche Wasserkühlung ermöglicht eine gute Wärmeabfuhr, macht das Kabel jedoch teuer, unhand­ lich und anfällig. Es hat sich gezeigt, daß ein solches Kabel üblicherweise nur einige Male verwandt werden kann, bis sich durch wiederholte Biegebewegungen, durch Druck- oder Schlagbeanspruchungen oder auch durch örtliche Überhitzungen Defekte in der Kühlleitung oder im Kupferkörper des Kabels einstellten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stromleitungskabel für mittlere und hohe Frequenzen und relativ hohe thermische Belastungen zu schaffen, welches in der Her­ stellung preisgünstig und in der Anwendung robust und insbesondere hoch thermisch belastbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe von einem Strom­ leitungskabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Stromleitungs­ kabel durch "nackt" zusammengebündelte Einzelleiter, d. h. durch Leiter, die keinen weiteren Isolations­ mantel aus Kunststoff, Lack o. dgl. benötigen, her­ zustellen. Hierzu ist lediglich vorzusehen, daß Leiter aus Aluminium verwandt werden, die an ihrer Ober­ fläche eine Oxidschicht tragen, welche isolierend wirkt und sehr hart ist (was sonst bei Verwendung von Aluminium für die Stromleitung häufig zu Anschluß- und Kontaktproblemen führt) und welche überdies hohe Temperaturen zerstörungsfrei verträgt. Der Schmelz­ punkt des Aluminiumoxids von über 2.050°C liegt weit oberhalb des Aluminium-Schmelzpunkts von etwa 660°C.

Die Möglichkeit, die einzelnen Leiter ohne Ummantelung zusammenzulegen, dazu allerdings Aluminium einzusetzen und dessen Oxidhaut als Isolierung zu benutzen, ist insbesondere auch durch die sehr kleinen Spannungen zwischen den aneinanderliegenden Leitern bedingt. Im Idealfall weist ein solches Stromleitungskabel in jedem Querschnitt gleich große Einzelleiter gleichen spezifischen Widerstands auf, die auch zu den end­ seitigen Bespannungsanschlüssen gleiche Längen auf­ weisen, so daß sich bei Gleichstrombelastung keine Spannungen zwischen benachbarten Leitern ergeben können und im Wechselstromfall Spannungen lediglich induktions­ bedingt auftreten, insbesondere im Sinne der die Strom­ verdrängung verursachenden Selbstinduktion. Bei relativ kleinen Abmessungen der Einzelleiter treten zwischen diesen auch nur geringe Unterschiede im verketteten Magnetfluß und dementsprechend auch nur geringe Teil­ spannungen von Leiter zu Leiter auf, so daß ein Spannungsdurchschlag bereits mit einer sehr dünnen Isolationsschicht abgewendet werden kann.

Vorzugsweise wird die Oxidschicht besonders verstärkt, wozu insbesondere bekannte Verfahren anodischer Oxidation eingesetzt werden können. Beispielsweise kann ein Einzel­ draht oder eine Gruppe auf Abstand zueinander geführten Drähte durch ein Oxidationsbad geführt werden, wobei diese Drähte als Anode eine im wesentlichen von der Stromstärke und der Einwirkungsdauer abhängige Oxid­ schicht erhalten. Eine solche Behandlung kann in einem Durchlaufverfahren erfolgen, so daß beliebig lange Drähte auch auf begrenztem Raum elektrisch oxidiert werden können.

Ein so geschaffenes Stromleiterkabel für mittlere und hohe Frequenzen findet nicht nur beim Induktionsglühen vorteilhafte Anwendung, sondern auch in sonstigen Be­ reichen hoher thermischer Belastung, die beispielsweise durch die Nähe von Öfen oder sonstiger Wärmequellen be­ dingt sein kann oder auch schon bei hoher Strombelastung eines solchen Kabels durch unzureichende Kühlung ein­ treten mag.

Es versteht sich, daß ein solches Stromleitungskabel außenseitig durch geeignete Ummantelungen geschützt sein kann, beispielsweise durch einen Schlauch aus Mineral­ fasergewebe oder eine entsprechende Umwicklung, zusätz­ lich kann eine Schutzarmierung durch einen Gewebeschlauch aus rostfreiem Stahl vorgesehen sein.

Insbesondere im Hinblick auf die Verformbarkeit und den niedrigen Schmelzpunkt des Aluminiums kann die Zug­ festigkeit erhöht und die Dehnbarkeit des Kabels ver­ mindert werden, indem Adern aus festerem Material, etwa aus Stahl oder Mineralfaser mit eingezogen werden. Ins­ besondere ist eine Seele aus rostfreiem Stahl hierzu geeignet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Stufenweise abgesetzte Ansicht eines Rund­ kabels und

Fig. 2 stufenweise abgesetzte Ansicht eines Flach­ kabels.

Das in Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 1 bezeichnete Rundkabelstück besteht größtenteils aus einem Bündel untereinander im Querschnitt gleicher Aluminiumleiter 2. Es handelt sich jeweils um Aluminiumdrähte runden Quer­ schnitts mit einem Durchmesser von 1 mm, deren Umfang eine durch elektrische Oxidation verstärkte Oxidschicht aufweist, so daß diese trotz direkter Anlage anein­ ander gegenseitig elektrisch isoliert sind. Die ein­ zelnen Leiter sind im vorliegenden Fall im wesentlichen parallel zueinander und zur Ausrichtung des Kabels 1 geführt, können aber auch sowohl zur Erhöhung der Festig­ keit wie auch zur besseren Verteilung der Induktions­ belastung untereinander verdrillt oder verwoben sein.

Das Bündel von Aluminiumleitern 2 umschließt eine Stahl­ draht-Seele 3, die dem Kabel eine hohe Zugbelastung ver­ leiht und insbesondere den Wärmedehnungen entgegenwirkt, zu denen die Aluminiumleiter 2 neigen. Damit läßt sich ein Kabel als Induktionskabel um ein induktiv zu be­ heizendes Werkstück legen, ohne daß erhebliche Längen­ änderungen des Kabels und Verlagerungen des Kabels bei der Induktionsbehandlung erwartet werden müssen.

Umfangsseitig ist das Stromleitungskabel durch eine Isolierung und Bewehrung geschützt, wozu im vorliegenden Fall ein Mantel 4 aus einem Gewebe rostfreien Stahls sowie ein weiterer Mantel 5 aus Glasfasergewebe aufge­ bracht sind. Derartige Bewehrungen sind insbesondere für harte thermische und mechanische Beanspruchungen geeignet, wie sie bei Induktionskabeln vorkommen. Bei Zuleitungskabeln - etwa zu den eigentlichen Induktions­ kabeln - sind auch Ummantelungen aus Gummi oder relativ wärmefestem Kunststoff geeignet.

Das in Fig. 2 dargestellte, insgesamt mit 6 bezeichnete Flachkabelstück enthält ein Paket über die gesamte Kabellänge durchlaufender, flach aufeinanderliegender Bänder 7 aus Aluminium, die an zumindest einer ihrer beiden Oberflächen durch elektrische Oxidation mit einer Oxidschicht versehen sind. Diese Bänder weisen gleich­ falls eine bezüglich ihres Querschnitts große Ober­ fläche auf, so daß die frequenzabhängige Stromver­ drängung in den einzelnen Leitern unterdrückt wird, wobei die Isolationsschicht aus Aluminiumoxid einen Übergang von Leiter zu Leiter verhindert. Die Bänder werden als Paket durch eine Umwicklung 8 mit einer Mineralfaser zusammengehalten und durch einen Schlauch 9 aus Mineralfasergewebe zusätzlich geschützt und nach außen abgeschlossen.

Ein derartiges Flachkabel eignet sich angesichts seiner Biegsamkeit quer zur Bänderebene und seiner Steifigkeit in Richtung der Bänderebene für das Anlegen an Rohren oder Ringteilen, die einer Wärmebehandlung durch Induktionsglühen auszusetzen sind.

In beiden vorbeschriebenen Fällen können die einzelnen Leiter von handelsüblichem Aluminium-Halbzeug ausgehend durch ein geeignetes Verfahren zur elektrischen Oxidation mit einer Oxidhaut vorgebbarer Stärke ausge­ stattet werden, so daß ein im Vergleich zu herkömmlichen lack- oder kunststoffisolierten Kabeln (mit oder ohne Wasserkühlung) robustes und hochbelastbares Kabel ent­ steht. Die Oxidschicht ist nicht nur derart wärmefest, daß in vielen Fällen ein induktiv zu behandelndes Werk­ stück seine Curie-Temperatur erreichen kann, ohne daß das Kabel einen kritischen Temperaturwerk erreicht, sondern auch mechanisch robust, so daß hohe und auch langzeitige Beanspruchungen unkritisch aufgenommen werden können.

Claims (11)

1. Stromleitungskabel für mittlere und hohe Frequenzen mit mehreren zur Minderung des Skin-Effekts gegeneinander isolierten Leitern, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leiter (2, 7) aus Aluminium bestehen und gegeneinander ohne zusätzliche Isolierstoffummantelung durch umfangsseitige Oxidschichten isoliert sind.

2. Stromleiterkabel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oxidschichten mittels anodischer Oxidation verstärkt sind.

3. Stromleiterkabel nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiter aus Runddrähten (2) bestehen.

4. Stromleiterkabel nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiter in Form flacher Bänder (7) ausgebildet sind.

5. Stromleiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Ummantelung aus temperaturbeständigem Isoliermaterial (4, 5, 8, 9) aufweist.

6. Stromleiterkabel nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es eine Ummantelung aus einem Glas­ faser-Gewebeschlauch (5, 9) aufweist.

7. Stromleiterkabel nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es eine Umwicklung (8) aus mineralischem Fasermaterial aufweist.

8. Stromleiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schutzmantel aus einem Stahlgewebeschlauch (4) trägt.

9. Stromleiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Gummiarmierung auf­ weist.

10. Stromleiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein zugfestes Seil­ element (3) umfaßt.

11. Stromleiterkabel nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Seilelement als Stahlseele (3) aus­ gebildet ist.