DE3543106C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Kabel geht aus der DE-PS 30 06 382 hervor.

In der DE-Z "Eisenbahntechnische Rundschau", 1983, Heft 4, Seiten 282 und 283 ist ein als Wicklungsstrang für einen Langstatormotor verwendbares elektrisches Kabel beschrieben. Es sind auch Überlegungen über die Formbarkeit und die elektrischen Eigenschaften des Kabels angeführt. Als Leiter soll ein Litzenleiter mit beispielsweise 37 Einzeldrähten verwendet werden. Weitere Angaben über den genaueren Aufbau des Kabels sind der Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aus der DE-Druckschrift "Einführung in die Starkstromkabeltechnik", 2. Auflage, Teil 1 von 1968 der Firma Kabel- und Metallwerke GHH AG sind Starkstromkabel und deren Aufbau zu entnehmen. Es ist auch ein Einleiterkabel mit einem Litzenleiter, einer Leiterglättung, einer Isolierhülle, einem Strahlungsschutz und einem Metallmantel dargestellt. Angaben über die Herstellung des Litzenleiters und die Art und den Zusammenhalt der denselben umgebenden Schichten sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen. Mit seinem an sich für Starkstromkabel für Linearmotoren nicht verwendbar, zumal es mit einem außen liegenden Metallmantel versehen ist.

Das bekannte Kabel nach der eingangs erwähnten DE-PS 30 06 382 ist in drei Strängen zu einer vorgefertigten Wicklung eines Linearmotors geformt, die als einteiliges Gebilde auf eine Spule aufgewickelt, zum Verlegeort transportiert und dort besonders einfach in die Nuten des Induktors des Linearmotors eingelegt werden kann. Das Kabel muß problemlos zur Wicklung verarbeitbar sein und in verarbeitetem Zustand zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes über lange Zeit seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften beibehalten. Dazu gehören beispielsweise ein dichter und fester Sitz der inneren Leitschicht auf dem Leiter, ein hoher Leitwert und hohe Stromtragfähigkeit des Schirms, der aus der äußeren Leitschicht und dem leitfähigen Mantel gebildet wird. Der Leitwert und die Strombelastbarkeit des Schirms müssen so bemessen sein, daß einerseits Ladeströme das Schirmpotential nicht wesentlich anheben und im Falle eines Erdschlußfehlers der zur Erdschlußerfassung erforderliche Strom fließen kann und daß andererseits die Verluste durch Sekundärströme vernachlässigbar sind, die in den Leiterschleifen aus den sich kreuzenden Kabelsträngen und einem Erdungsstrang infolge der induzierten Spannungen fließen. Diese Forderungen lassen sich zwar prinzipiell mit einem Kabel nach der DE-PS 30 06 382 erfüllen. Hinweise, wie die Forderungen zu erfüllen sind, können der Patentschrift aber nicht entnommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel anzugeben, das sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Hinsicht allen Anforderungen genügt, die an einen Wicklungsstrang eines Linearmotors gestellt sind.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Kombination aller Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dieses Kabel ist infolge seines speziellen Aufbaus besonders gut biegbar und in der gebogenen Form stabil. Es ist daher in hervorragender Weise für die Herstellung einer vorgefertigten Wicklung für Linearmotoren verwendbar. Die gute Biegbarkeit wird einerseits durch den Aufbau des Leiters als Leiterseil mit einer Vielzahl von miteinander verseilten Einzeldrähten erreicht. Zum anderen werden Biegbarkeit und Stabilität in der gebogenen Form durch das Weichglühen des Leiterseils verbessert. Das Kabel kann dadurch ohne Schaden um besonders kleine Radien gebogen werden, die beispielsweise in der Größenordnung von 1,5 × Kabeldurchmesser liegen. Durch das Weichglühen des Leiterseils wird außerdem erreicht, daß das Kabel nach einem Biegevorgang seine gebogene Form nahezu unverändert beibehält, so daß es besonders leicht in mäanderförmig gebogener Form weiteren Arbeitsgängen unterzogen werden kann. Verbessert werden Biegbarkeit und Formstabilität noch dadurch, daß das Leiterseil vor dem Weichglühen verdichtet wird, und zwar vorzugsweise auf etwa 90%.

Die extrudierte innere Leitschicht ist durch das Ausfüllen der Außenzwickel des Leiterseils sehr fest mit demselben verbunden. Dieser feste Sitz bewirkt, daß die beiden Leitschichten zusammen mit der Isolierung so fest auf dem Leiterseil sitzen, daß bei der Montage von Garnituren eine Verschiebung dieser Schichten ausgeschlossen ist. Gegenüber bekannten Konstruktionen mit einer Bebänderung des Leiters wird durch diesen Aufbau auch die Biegbarkeit des Kabels verbessert, so daß die vorteilhafte Ausführung des Leiters in dieser Hinsicht nicht beeinträchtigt wird.

Der aus einem speziellen Material bestehende Mantel hat eine besonders hohe Leitfähigkeit, so daß im Zusammenwirken mit der äußeren Leitschicht eine gute Schirmwirkung erreicht wird. Neben diesen guten elektrischen Eigenschaften ist der Mantel aber auch sehr elastisch, was im Hinblick auf die gute Biegbarkeit des Kabels von Bedeutung ist. Er weist außerdem eine hohe mechanische Festigkeit auf, die für die Verwendung des Kabels in einer vorgefertigten Wicklung für Linearmotoren unerläßlich ist. Das Kabel muß nämlich mit zwei anderen Strängen durch mechanische Befestigungselemente in der Wicklung zusammengehalten werden und es muß auch das Einbringen in die Nuten des Induktors unbeschadet überstehen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein zu einem mäanderförmigen Wicklungsstrang gebogenes Kabel nach der Erfindung.

Fig. 2 das Kabel selbst mit abschnittweise sichtbaren Schichten seines Aufbaues.

Mit 1 ist der Induktor eines Linearmotors bezeichnet, der zusammen mit einer dreiphasigen Wicklung den Stator desselben darstellt. Der Induktor 1 besteht aus Blechpaketen, in denen Nuten 2 zur Aufnahme der Wicklungsstränge der Wicklung angebracht sind. Der Stator ist langgestreckt. Er kann viele Kilometer lang sein. Die Wicklungsstränge bestehen im vorliegenden Fall aus elektrischen Kabeln, deren genauerer Aufbau anhand von Fig. 2 erläutert wird.

In Fig. 1 ist ein Kabel 3 eingezeichnet, das mit mäanderförmigem Verlauf in den Nuten 2 des Induktors 1 festgelegt ist. Das Kabel 3 ist im Wege der Vorfertigung mit zwei anderen, identischen Kabeln zu einer dreiphasigen Wicklung fest verbunden. Die nicht belegten Nuten 2 des Induktors 1 sind zur Aufnahme der beiden anderen Kabel vorgesehen, die der Einfachheit halber nicht mit eingezeichnet sind. Für die Verbindung der drei mäanderförmig verlaufenden Kabel sind mechanische Befestigungselemente verwendet, die an den Kabeln angreifen. Solche Befestigungselemente sind durch die DE-OS 33 09 051 prinzipiell bekannt. Durch den speziellen Aufbau des Kabels 3 ist dasselbe besonders einfach zu dem mäanderförmigen Verlauf zu verformen, wobei es ohne zusätzlichen Aufwand seine Form auch in den außerhalb des Induktors 1 liegenden Bereichen 4 (Wickelköpfe) beibehält. Auf mindestens einer Seite des Induktors 1 kann über die ganze Länge der Wicklung ein metallischer Strang 11 verlaufen, der in gutem elektrischen Kontakt mit den Wicklungssträngen steht und an Erdpotential angeschlossen werden kann. Eine solche Anordnung geht beispielsweise aus der DE-PS 30 06 382 hervor.

Das Kabel 3 hat beispielsweise folgenden Aufbau:

Der Leiter des Kabels 3 ist als Leiterseil 5 ausgebildet, das aus einer Vielzahl von Einzeldrähten 6 gebildet ist. Es sind mindestens zwei Lagen von Einzeldrähten vorhanden. Die Schlagrichtung der Verseilung in diesen beiden Lagen ist entgegengesetzt. Für den Fall, daß mehr als zwei Lagen vorhanden sind, sollen sie abwechselnd entgegengesetzte Schlagrichtung aufweisen. Das Leiterseil 5 kann aus Aluminiumdrähten bestehen. Es könnten aber auch Kupferdrähte oder Drähte aus einem Aluminium-Kupfer-Verbund verwendet werden.

In der Decklage des Leiterseils 5, welche die größte Verseilschlaglänge aufweist, berechnet sich dieselbe vorzugsweise nach folgender Gleichung:

s = k · n · d

Darin sind:
s = Schlaglänge
n = Anzahl der Einzeldrähte in der Decklage
d = Durchmesser der Einzeldrähte in der Decklage
Konstante k = 3,0 bis 3,5.

Beispiel für den Aufbau des Leiterseils

Das Leiterseil 5 ist beispielsweise aus Aluminiumdrähten aufgebaut, die einen Durchmesser von d = 2,6 mm haben. Es soll aus fünf Lagen von Einzeldrähten bestehen, mit 22 Drähten in der Decklage. Mit dem Wert k = 3,5 ergibt das eine Schlaglänge s von etwa 200 mm in der Decklage. Das Leiterseil 5 wird bei seiner Herstellung verdichtet, und zwar vorzugsweise auf etwa 90%. Anschließend wird das Leiterseil 5 weichgeglüht. Dadurch ist es leicht biegbar, auch um sehr kleine Radien, hinunter bis zu einer Größenordnung von 1,5 × Kabeldurchmesser. Es federt nach dem Biegen nur unwesentlich zurück, so daß es seine gebogene Form relativ stabil beibehält.

Auf das Leiterseil 5 ist eine innere Leitschicht 7 aufextrudiert. Der Extrusionsvorgang ist dabei so abgestimmt, daß das Material der Leitschicht 7 auch in die Außenzwickel eindringt, welche zwischen den Einzeldrähten 6 der äußeren Lage des Leiterseils 5 vorhanden sind. Die Leitschicht 7 wird dadurch fest mit dem Leiterseil 5 verbunden, da sie sich an demselben verankert. Der Festsitz ist so gut, daß die Leitschicht 7 weder durch Biegung noch durch axiale Beanspruchung vom Leiterseil 5 gelöst wird. Für die innere Leitschicht 7 kann vorzugsweise ein auf der Basis von EPDM aufgebautes Material verwendet werden. Das ist ein Material auf der Basis eines Copolymers von Ethylen und Propylen. Dem Basismaterial werden hochaktive Leitruße hinzugegeben, und zwar ein Leitruß allein oder auch mehrere im Verschnitt.

Beispiel einer Mischung für die innere Leitschicht

100 Teilen Basispolymer werden 80 bis 130 Teile Leitruß hinzugegeben. Außerdem werden 50 bis 70 Teile Weichmacher, bis 10 Teile Gleitmittel, 2 Teile Vernetzungsmittel und 1 Teil Stabilisator gegen thermische Alterung zugefügt.

Im gleichen Arbeitsgang mit dem Aufbringen der inneren Leitschicht 7 wird über derselben die Isolierung 8 ebenfalls durch Extrusion aufgebracht. Die Isolierung 8 besteht beispielsweise aus einer Mischung auf der Basis von EPR. Ebenfalls im gleichen Arbeitsgang wird die äußere Leitschicht 9 auf die Isolierung 8 aufextrudiert, für die das gleiche Material wie für die innere Leitschicht 7 verwendet werden kann. Durch die Verankerung der inneren Leitschicht 7 am Leiterseil 5 ergibt sich für die drei Schichten 7, 8 und 9 insgesamt ein so guter Festsitz, daß diese Schichten auch bei der Montage von Garnituren unverrückbar sind. Das gilt insbesondere auch dann, wenn aufschiebbare Garnituren verwendet werden, bei deren Anbringung eine axiale Beanspruchung dieser Schichten vorliegt.

Über der äußeren Leitschicht 9 wird der Mantel 10 aufgebracht, und zwar ebenfalls durch Extrusion. Er stellt neben dem mechanischen Schutz des Kabels 3 gleichzeitig im Zusammenwirken mit der äußeren Leitschicht 9 den elektrischen Schirm des Kabels dar. Als Materialien für den Mantel 10 eignen sich beispielsweise Polymere auf der Basis von Acetatcopolymeren des Ethylens, die beispielsweise einen Acetatgehalt von 30% bis 70% haben. Diesen Polymeren wird eine Kombination aus hochleitfähigen Rußen zugegeben.

Beispiel

100 Teilen Basispolymer werden 50 bis 60 Teile hochleitfähige Ruße hinzugegeben. Außerdem werden 0 bis 10 Teile Weichmacher, 2 Teile Vernetzungsmittel und 0,8 Teile Stabilisator gegen thermische Alterung zugefügt.

Die Längsleitfähigkeit der äußeren Leitschicht 9 ist größer als die des Mantels 10. Der Leitwert liegt bei richtiger Bemessung für die äußere Leitschicht 9 beispielsweise bei 1 bis 10 mS × m und für den Mantel 10 bei 0,01 bis 0,5 mS × m. Es ist dadurch sichergestellt, daß Ladeströme vorzugsweise zum geerdeten metallischen Strang 11 fließen. Sie können dann an den Berührungsstellen der Kabel in den Bereichen 4 nicht von einer Phase zu anderen übertreten. "Schmorstellen" sind auf diese Weise vermieden.

Claims (5)

1. Elektrisches Kabel zur Verwendung als Wicklungsstrang in einer dreiphasigen Wechselstromwicklung für Linearmotoren, bei denen die Wicklungsstränge mit mäanderförmigem Verlauf in Nuten eines langgestreckten Induktors festgelegt sind, bestehend aus einem als Leiterseil ausgeführten metallischen Leiter, einer denselben umgebenden inneren Leitschicht, einer über dieser angeordneten Isolierung, einer dieselbe umgebenden, aus hoch leitfähigem Material bestehenden äußeren Leitschicht und einem darüber angeordneten Mantel aus elektrisch hoch leitfähig gemachtem Isolierstoff, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) das Leiterseil (5) des Leiters weist mindestens zwei Lagen von Einzeldrähten (6) auf,
• b) die Schlagrichtung der Einzeldrähte (6) des Leiterseils (5) in den einzelnen Lagen ist unterschiedlich,
• c) der Leiter ist im Zuge des Verseilvorgangs verdichtet und nach dem Verseilvorgang weichgeglüht,
• d) die drei den Leiter umgebenden Schichten innere Leitschicht (7), Isolierung (8) und äußere Leitschicht (9) bestehen jeweils aus einem Polymer auf der Basis von Ethylen- Propylen-Kautschuk,
• e) die auf das Leiterseil (5) durch Extrusion aufgebrachte innere Leitschicht (7) füllt die zwischen den Einzeldrähten (6) der äußeren Lage des Leiterseils (5) vorhandenen Außenzwickel aus und ist mit der Isolierung (8) fest verbunden,
• f) die äußere Leitschicht (9) besteht aus elastischem Material und ist ebenfalls fest mit der Isolierung (8) verbunden und
• g) der Mantel (10) besteht aus einem elastischen und mechanisch festen Material.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterseil (5) auf etwa 90% verdichtet ist.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaglänge in der Decklage des Leiterseils (5) folgender Gleichung entspricht: s = k · n · dmit
s = Schlaglänge
n = Anzahl der Einzeldrähte in der Decklage
d = Durchmesser der Einzeldrähte in der Decklage
Konstante k = 3,0 bis 3,5.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsleitfähigkeit der äußeren Leitschicht (9) größer als die des Mantels (10) ist.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Mantel (10) ein Material auf der Basis von Acetatcopolymeren des Ethylens verwendet ist, dem hochleitfähige Ruße beigegeben sind.