DE3604311A1 - Mehradriges elektrisches energiekabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehradriges elektrisches Kabel, zur Energie- und Signalübertragung für ortsveränderliche Verbraucher, mit Trag- oder Zug­ elementen im Schichtenaufbau.

Elektrische Energieübertragungskabel weisen oft über der Seele eine sogenannte Bewehrung auf. Diese z. B. aus Stahlbändern, -drähten oder auch -geflechten be­ stehenden konzentrischen Lagen haben die unterschied­ lichsten 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.

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 und Leitungen härtesten, stark wechselnden mecha­ nischen 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 beein­ flussen darf. Solche Fälle sind beispielsweise Ver­ sorgungsleitungen für Kräne, Hebezeuge, Bagger und dergleichen aber auch Kabel für ortsveränderliche Bergbaugeräte, an die besondere Forderungen z. B. hinsichtlich ihrer Reißfestigkeit bei hoher Flexi­ bilität gestellt werden. So werden solche Versorgungs­ leitungen 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 konzentrischer Drahtlagen über der Seele, ausge­ stattet, oder sie werden beispielsweise mit Faserge­ flechten versehen, die auch bei starker mechanischer Beanspruchung eine Überbeanspruchung von Leitern und Seele vermeiden sollen.

Während Fasergeflechte zwar hohe Reißfestigkeit auf­ weisen, also Beanspruchungen in Achsrichtung auszu­ halten in der Lage sind, wirken sie nicht gegen Stoß­ beanspruchungen in radialer Richtung so daß für be­ sonders hoch beanspruchte flexible Kabel noch immer Stahldrahtbewehrungen im Einsatz sind. Nachteilig hierbei ist, daß bei starken Biegebeanspruchungen einzelne Stahldrähte z. B. eines Stahldrahtgeflechts brechen und ihre Enden nach außen oder in die Kabel­ seele eindringen und Kurzschlüsse verursachen können. Die Drahtlage kann zwar durch eine Bebänderung z. B. aus einem flammwidrigen Glasseidenband überdeckt sein, solche Glasseidenbänder erfüllen infolge ihrer be­ kannten Brüchigkeit jedoch nicht immer die gestellten Forderungen, ganz abgesehen davon, daß der oberhalb der Bebänderung befindliche Mantel nur lose über der Bewehrung angeordnet ist und bei Biegebeanspruchungen des Kabels oder der Leitung leicht aufschiebt.

Man hat auch bereits Geflechte aus einer Mischung von Stahl- und Kupferdrähten hergestellt. Nachteilig hier­ bei ist, daß mit steigender Zugfestigkeit, d. h. wachsendem Stahlanteil und wachsender Stahlfestigkeit, die Flexibilität des Kabels oder der Leitung zu wünschen übrig läßt und zu dem das Gewicht ansteigt.

Ein besonderer Nachteil der bekannten Ausführungsformen zugfester Bewehrungen ist jedoch der, daß bei einer Beschädigung des als Umspinnung oder als Geflecht vor­ liegenden Trag- oder Zugelementes eine Reparatur des Kabels am Verlegeort nicht durchgeführt werden kann. Das Kabel muß ausgewechselt werden, obwohl die strom­ führenden Adern noch in Takt sind, eine länger an­ dauernde Unterbrechung des Arbeits- oder Produktions­ ablaufs kann die Folge sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die Betriebssicherheit von mit Zug- oder Tragelementen versehenen Kabeln zu erhöhen, einschließlich der Mög­ lichkeit, am Verlegeort Reparaturarbeiten durchführen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß jeder Ader ein Element erhöhter Zugfestigkeit un­ mittelbar zugeordnet ist. Eine solche Aufteilung des gesamten, die unvermeidbaren Zugkräfte aufnehmenden Tragorgans auf jede Einzelader erhöht die Flexibilität der Leitung wesentlich. Das gilt insbesondere dann, wenn anstelle von Stahlseilen textile Zugentlastungs­ organe verwendet werden. Sie sorgt aber auch für eine Reduzierung der äußeren Abmessungen der Energie- oder Signalleitung und führt z. B. im Falle eines Mantel­ schadens zu einer problemlosen Reparatur noch am Montageort bei intakten Energieadern und intaktem Tragorgan.

Die Zuordnung des gesamten, Zugkräfte aufnehmenden Querschnitts des oder der Tragorgane auf jede Einzel­ ader kann auf unterschiedlichem Wege erfolgen. Eine vorteilhafte Lösung ist in Weiterführung der Erfindung die, daß das Element erhöhter Zugfestigkeit den Kern der Ader bildet, über den eine Aufseilung aus metal­ lischen Drähten oder Litzen aufgebracht ist. Eine solche konzentrische Anordnung von Zugelementen und elektrischen Leitern führt zu einer problemlosen Biegefähigkeit der Einzeladern in allen Richtungen und bei Heraufsetzung der Lebensdauer zu einer wesent­ lich günstigeren Handhabung der Gesamtanordnung im Betrieb.

Abweichend von dieser Ausführungsform kann man in Durchführung der Erfindung zweckmäßig auch so vorgehen, daß das Element erhöhter Zugfestigkeit in Form einer Aufseilung über dem den Kern der Adern bildenden elek­ trischen Leiter aufgebracht wird. Auch hier ist es wieder u. a. die konzentrische Anordnung von Leiter und Elementen erhöhter Zugfestigkeit, die zu einer Verbesserung gegenüber bekannten Anordnungen führt.

Oft kann es auch zweckmäßig sein, Leiter und hochzug­ feste Elemente zu kombinieren. Eine solche Ausführungs­ form der Erfindung besteht dann beispielsweise darin, daß einzelne Drähte des elektrischen Leiters durch Elemente erhöhter Zugfestigkeit ersetzt oder durch diese ergänzt sind. Diese Ausführungsform hat sich insbesondere in den Fällen als vorteilhaft erwiesen, wo es auf möglichst geringe äußere Abmessungen des Kabels ankommt.

Insbesondere die letzte Ausführungsform der Erfindung läßt es zweckmäßig erscheinen, als Elemente erhöhter Zugfestigkeit Kunststoffäden auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide zu verwenden, etwa Polyaramide, wie sie unter dem Handelsnamen "Kevlar" bekannt sind. Gegenüber den zugfesten Elementen ist dann eine elek­ trische Isolierung der Einzeldrähte des Leiters nicht erforderlich.

Den hochfesten Kunststoffäden wird man aber auch bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung den Vorzug geben, da neben der verbesserten Flexibilität z. B. gegenüber Stahlseilen geringere Abmessungen, geringeres Gewicht sowie die bessere Handhabung im Betrieb eine entscheidende Rolle spielen.

Die Kunststoffäden hoher Zugfestigkeit können vorteil­ haft auch mit einem Tränk- oder Klebemittel behandelt sein. Solche Tränk- oder Klebemittel dienen der Er­ höhung der Zerreißfestigkeit und/oder zur Verbesserung der Haftung gegenüber der anschließenden Isolierung und/oder Umhüllung.

Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen wenn die Elemente erhöhter Zugfestigkeit selbst aus verseilten, verwürgten oder verzwirnten Einzelelementen bestehen, die Zugfestigkeit läßt sich so beträchtlich steigern.

Für die Funktionsfähigkeit sowie Lebensdauer des Kabels kommt es neben dem Aufbau auch auf die ver­ wendeten Materialien an. Polyvinylchlorid und Gummi allein erfüllen nicht immer die gestellten Anforde­ rungen, das gilt vor allem dann, wenn die Leitungen durch Einsatz unter Tage z. B. erhöhten Beanspruchungen ausgesetzt sind. Für diese Anwendungsfälle vor allem hat es sich in Weiterführung der Erfindung als zweck­ mäßig erwiesen, die Adern einschließlich der diesen unmittelbar zugeordneten Elemente erhöhter Zugfestig­ keit mit einer gemeinsamen Hülle aus Polyurethan zu umgeben. Anstatt die gesamte Hülle aus diesem gegen äußere mechanische Kräfte hochwiderstandsfähigen Mate­ rial herzustellen, kann man auch die Hülle aus einem anderen geeigneten Kunststoff oder Gummi herstellen und lediglich darüber einen äußeren Überzug in Form einer dünnen zweiten Schicht aus dem Polyurethan auf­ bringen. Dabei kann es oft zweckmäßig sein die zweite Schicht oder eine äußere Randzone der Polyurethanum­ hüllung durch Strahlen zu vernetzen.

Das vernetzte Polyurethan bildet nämlich auch eine flammwidrige, geschlossene Hülle, die bei Flammein­ wirkung nicht abtropft und damit den darunter befind­ lichen weiteren Schichten im Leitungsaufbau nicht die Möglichkeit gibt, in der Flamme nachzuschmelzen. Für den Brandfall bedeutet dies, daß der Brand auf den Ein­ wirkungsbereich der Zündflamme beschränkt bleibt und der Brand unmittelbar nach dem Entfernen oder Erlöschen der Zündflamme ebenfalls erlischt. Der Brand wird deshalb im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausfüh­ rungen nicht weitergetragen.

Da die vernetzte Polyurethan-Schutzhülle nicht ab­ schmilzt und rasch wieder verlischt, ist zudem die Rauchentwicklung wesentlich geringer als bei vergleich­ baren Leitungen mit Silikon- oder Ethylen-Vinylacetat- Copolymer (EVA)-Hülle oder vernetzter Polyurethanhülle oder bei den üblichen Neopren-Umhüllungen.

Für die Zwecke der Erfindung sind Polyurethane unter­ schiedlicher Basistypen geeignet vorausgesetzt, sie sind unter Strahleneinwirkung vernetzbar. Von den ver­ schiedenen PUR-Typen hat sich jedoch ein sog. Äthertyp als am vorteilhaftesten erwiesen, da ein solcher Typ neben dem sonstigen für die Erfindung notwendigen Eigen­ schaftsbild auch noch speziell gegen Bakterienbefall resistent und hydrolysefest ist.

Die Erfindung sei anhand des in der Fig. als Ausführungs­ beispiel dargestellten Mittelspannungskabels näher er­ läutert.

Jede Ader 1 dieses Mittelspannungskabels besteht aus einem Tragorgan 2 in Form eines Einzelstranges oder mehrerer miteinander verseilter oder verwürgter Einzel­ stränge aus einem hochzugfesten Kunststoff (z. B. Kevlar), auf das der Kupferleiter 3 aufgeseilt ist. Die Isolie­ rung 4 besteht z. B. aus einem Natur- oder Synthese­ kautschuk oder auch aus einem sog. thermoplastischen Kautschuk. Im Falle eines Mittelspannungskabels trägt der Leiter 3 die sog. innere Leitschicht 5, für Niederspannungskabel oder -leitungen erübrigt sich diese aus elektrischen Gründen vorgesehene Leiter­ glättung.

Oberhalb der Isolierung befindet sich die mit der Iso­ lieroberfläche fest verschweißte, sofern es sich um Mittelspannungskabel handelt, oder nur "lose" auf­ extrudierte äußere Leitschicht 6, sofern Niederspan­ nungskabel oder -leitungen nach der Erfindung ausge­ bildet werden. Die Leitschicht selbst kann z. B. aus einem durch Rußzusatz leitfähigen Ethylen-Vinylacetat- Copolymer bestehen.

Mit 7 sind aus einem Litzenleiter 8 und einer leit­ fähigen Umhüllung 9 bestehende Schutz- oder Über­ wachungsleiter bezeichnet. Die zur Rundung der Seele dienenden Beiläufe 10 bestehen z. B. aus einem Gummi oder aus gummiähnlichem Material.

Die Freiräume in der Seele, d. h. die Zwickel zwischen den Energieadern den Schutzleitern, Bei­ läufen und dergleichen sind mit einem z. B. ange­ ölten Graphit 11 angefüllt. Der sogenannte Innen­ mantel 12, beispielsweise aus einer vernetzten Gummi­ mischung, umschließt die Kabelseele, darüber befindet sich der Außenmantel 13, etwa aus einem Polyurethan, dessen äußere Randzone strahlenvernetzt ist.

An Stelle der zugfesten Elemente auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide können auch vorteilhaft solche auf Glasfaserbasis verwendet werden.

Claims (11)

1. Mehradriges elektrisches Kabel zur Energie- und Signalübertragung für ortsveränderliche Verbraucher mit Trag- oder Zugelementen im Schichtenaufbau, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ader ein Element erhöhter Zugfestigkeit unmittelbar zugeordnet ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element erhöhter Zugfestigkeit den Kern der Adern bildet, über den eine Aufseilung aus metal­ lischen Drähten oder Litzen aufgebracht ist.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element erhöhter Zugfestigkeit in Form einer Aufseilung oder als Geflecht über dem den Kern der Adern bildenden elektrischen Leiter aufgebracht ist.

4. Kabel nach Anspruch 1 mit einem mehrdrähtigen Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Drähte oder Litzen des Leiters durch Elemente erhöhter Zugfestig­ keit ersetzt oder durch diese ergänzt sind.

5. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente erhöhter Zugfestigkeit Kunststoffäden auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide sind.

6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffäden hoher Zugfestigkeit mit einem Tränk- oder Klebemittel behandelt sind.

7. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente erhöhter Zugfestigkeit Fäden, Stränge oder Geflechte auf Glasfaserbasis sind.

8. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente erhöhter Zugfestigkeit selbst aus verseilten, verwürgten oder verzwirnten Einzelelementen bestehen.

9. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß die Adern einschließ­ lich der diesen unmittelbar zugeordneten Elemente erhöhter Zugfestigkeit von einer gemeinsamen Hülle aus Polyurethan umgeben sind.

10. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß die Adern einschließ­ lich der diesen unmittelbar zugeordneten Elemente erhöhter Zugfestigkeit von einer gemeinsamen Hülle aus Kunststoff oder Gummi umgeben sind, die von einer weiteren Schicht aus Polyurethan überdeckt ist.

11. Kabel nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethanumhüllung strahlenvernetzt ist.