DE3604311C2 - Mehradriges elektrisches kabel zur energie- und signaluebertragung - Google Patents

Mehradriges elektrisches kabel zur energie- und signaluebertragung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehradriges elektrisches Kabel zur Energie- und Signalübertragung für ortsveränderliche Verbraucher mit elektrischen Leitern aus metallischen Drähten oder Litzen, einem jeder Ader unmittelbar zugeordneten Element erhöhter Zugfestigkeit und einem die Kabelseele umschließenden Mantel (DE-AS 11 49 066).
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 insbesondere beim Transport oder bei der Verlegung des Kabels vor Beschädigungen durch Schlag oder Druck zu schützen. Die Bewehrung hat aber auch dafür zu sorgen, daß in diesen Fällen eine erhöhte Zugbeanspruchung des Kabels 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 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 Kabel oder Leitungen werden beispielsweise als Versorgungsleitungen für Kräne, Hebezeuge, Bagger und dergleichen, aber auch als Kabel für ortsveränderliche Bergbaugeräte, an die besondere Anforderungen z. B. hinsichtlich ihrer Reißfestigkeit bei zugleich hoher Flexibilität gestellt werden, verwendet. So werden solche Versorgungsleitungen oder Kabel im Betrieb ständig auf- und abgetrommelt, über Rollen umgelenkt oder sonstwie zwangsläufig geführt. Üblicherweise werden daher die Kabel oder Leitungen mit Metallbewehrungen, z. B. in Form konzentrischer Drahtlagen über der Seele, ausgestattet, oder sie werden beispielsweise mit Fasergeflechten versehen, die auch bei starker mechanischer Belastung eine Überbeanspruchung von Leitern und Seele vermeiden sollen.
Während Fasergeflechte zwar eine hohe Reißfestigkeit aufweisen, also hohe Beanspruchungen in Achsrichtung aushalten können, wirken sie nicht gegen Stoßbeanspruchungen in radialer Richtung, so daß für besonders hoch beanspruchte flexible Kabel noch immer Stahldrahtbewehrungen verwendet werden. Bei diesen Stahldrahtbewehrungen besteht die Gefahr, daß bei starken Biegebeanspruchungen einzelne Stahldrähte eines Stahldrahtgeflechts brechen und ihre Enden nach außen in den Mantel oder nach innen in die Kabelseele 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 bekannten 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 sich bei Biegebeanspruchungen des Kabels oder der Leitung leicht aufschiebt.
Man hat auch bereits Geflechte aus einer Mischung von Stahl- und Kupferdrähten hergestellt. Nachteilig bei solchen Geflechten ist, daß mit steigender Zugfestigkeit, d. h. wachsendem Stahlanteil und wachsender Stahlfestigkeit, die Flexibilität des Kabels oder der Leitung zu wünschen übrig läßt und zudem das Gewicht ansteigt.
So ist aus der DE-AS 11 49 066 eine mehradrige, bewegliche elektrische Leitung bekannt, bei der jede isolierte Einzelader mit einem aus metallischen Litzen gebildeten Schirm umgeben ist und die Gesamtheit der Schirme den Schutzleiter bildet. Die zur Schirmbildung verwendeten Litzen sind aus einem oder mehreren Kupferdrähten im Kern und herumverseilten Stahldrähten gebildet, so daß die bekannte Leitung mechanisch hochbeanspruchbar ist.
Ein besonderer Nachteil der bekannten zugfesten Bewehrungen ist, daß bei einer Beschädigung des als Umspinnung oder als Geflecht vorliegenden Trag- oder Zugelementes eine Reparatur des Kabels am Verlegeort nicht durchgeführt werden kann. Das Kabel muß ausgewechselt werden, obwohl die stromführenden Adern noch intakt sind. Eine länger andauernde Unterbrechung des Arbeits- oder Produktionsablaufs kann die Folge sein.
Ein einadriges Starkstrom- oder Hochspannungskabel zum Einziehen in Kanäle oder Rohre, das ein aus verseilten Stahldrähten ausgebildetes Stahlseil als zugfesten Kern und auf den Kern aufgeseilte, elektrisch gut leitende Drähte als elektrische Leiter hat, ist in der DE-OS 16 40 100 offenbart.
In der DE-GM 78 07 518 ist eine Leitungstrosse beschrieben, die aus miteinander verseilten Außenleitern, Steuerleitern und einem Überwachungsleiter besteht.
Zwischen dem Innen- und dem Außenmantel bzw. in dem Außenmantel ist eine als Schutzleiter ausgebildete Lage aus zugfesten Elementen wie z. B. Kupfer-Stahllitzen angeordnet. Die mit dem Überwachungsleiter zusammengefaßte Steuerader weist einen zentralen Kern auf, der aus einem Kunststoffgarn auf Polyesterbasis besteht. Auf diesem zentralen Kern ist der Steuerleiter in Form eines diesen konzentrisch umschließenden Kupferdrahtgeflechtes ausgebildet, das zu seinem mechanischen Schutz und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Steuerader von einem Geflecht aus zugfesten Elementen wie Stahl- oder Aluminiumdrähten umschlossen ist.
Die DE-OS 31 44 851 zeigt ein Lichtwellenleiterkabel, bei dem auf eine durch ein zentrales zugfestes Element und die Lichtwellenleiter gebildete Verseileinheit eine Bespinnung aus zugfesten Fasern wie z. B. Glasfaser- oder Aramidgarnen aufgebracht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flexibilität des eingangs geschilderten Kabels zu erhöhen, die Handhabung und die Lebensdauer des Kabels zu verbessern sowie die äußeren Abmessungen des Kabels zu reduzieren, einschließlich der Möglichkeit, am Verlegeort Reparaturarbeiten durchführen zu können.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Element erhöhter Zugfestigkeit in Form mindestens eines Einzelstranges aus einem hochzugfesten Kunststoff ausgebildet ist und daß es den Kern der jeweiligen Ader bildet, über den der Leiter aufgeseilt ist.
Eine solche konzentrische Anordnung des im Kern liegenden Zugelementes und des dieses Zugelement umgebenden elektrischen Leiters führt zu einer guten Biegbarkeit der Einzeladern in allen Richtungen und damit zu einer guten Flexibilität des gesamten Kabels. Die Verwendung von hochzugfesten Kunststoffträgern anstelle der bekannten Stahldrähte ermöglicht eine bessere Flexibilität des Kabels, ein geringeres Gewicht sowie eine dadurch bedingte bessere Handhabung des Kabels im Betrieb. Durch die Anordnung der aus einem hochzugfesten Kunststoff ausgebildeten Zugelemente im Kern der jeweiligen Ader weist das erfindungsgemäße Kabel kaum größere Abmessungen als ein entsprechendes Kabel ohne Zugelemente auf. Zudem wird die Lebensdauer des Kabels durch die Verwendung der zentral angeordneten Kunststoff-Zugelemente heraufgesetzt. Im Falle eines Mantelschadens kann das Kabel bei intakten Energieadern und intakten Tragorganen noch am Montageort problemlos repariert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.
Für eine besonders hohe Zugfestigkeit des Kabels ist es von Vorteil, wenn die Elemente erhöhter Zugfestigkeit aus einem Kunststoff auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide, etwa Polyaramide, wie sie unter dem Handelsnamen "Kevlar" bekannt sind, ausgebildet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die Elemente erhöhter Zugfestigkeit mit einem Tränk- oder Klebemittel behandelt sind. Solche Tränk- oder Klebemittel dienen der Erhöhung der Zerreißfestigkeit und/oder zur Verbesserung der Haftung gegenüber der anschließenden Isolierung bzw. der Umhüllung.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die Elemente erhöhter Zugfestigkeit selbst aus verseilten, verwürgten oder verzwirnten Einzelelementen bestehen, so daß ihre Zugfestigkeit beträchtlich gesteigert ist.
Für die Funktionsfähigkeit sowie Lebensdauer des Kabels kommt es neben dem Aufbau auch auf die verwendeten Materialien an. Polyvinylchlorid und Gummi allein erfüllen nicht immer die gestellten Anforderungen. Das gilt vor allem dann, wenn die Leitungen z. B. durch Einsatz unter Tage erhöhten Beanspruchungen ausgesetzt sind. Insbesondere für diese Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn die Adern von einem gemeinsamen Außenmantel aus Polyurethan umgeben sind.
Aus dem gleichen Grund ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Adern von einem gemeinsamen Innenmantel aus einem anderen geeigneten Kunststoff oder Gummi umgeben sind und der Innenmantel von einem Außenmantel aus Polyurethan überdeckt ist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außenmantel aus Polyurethan durch Strahlen vernetzt ist.
Das vernetzte Polyurethan bildet nämlich auch eine flammwidrige, geschlossene Hülle, die bei Flammeneinwirkung nicht abtropft und damit den darunter befindlichen weiteren Schichten im Leitungsaufbau nicht die Möglichkeit gibt, in der Flamme nachzuschmelzen. Für den Brandfall bedeutet dies, daß der Brand auf den Einwirkungsbereich 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 Ausführungen nicht weitergetragen. Da die vernetzte Polyurethan-Schutzhülle nicht abschmilzt und rasch wieder erlischt, ist zudem die Rauchentwicklung wesentlich geringer als bei vergleichbaren Kabeln mit Silikon- oder Ethylen- Vinylacetet-Copolymer (EVA)-Mantel oder vernetztem Polyurethanmantel oder bei den üblichen Neopren-Mänteln.
Für die Zwecke der Erfindung sind Polyurethane unterschiedlicher Basistypen geeignet, vorausgesetzt, sie sind unter Strahleneinwirkung vernetzbar. Von den verschiedenen PUR-Typen hat sich jedoch ein sog. Äthertyp als am vorteilhaftesten erwiesen, da ein solcher Typ neben dem sonstigen für die Erfindung notwendigen Eigenschaftsbild auch noch speziell gegen Bakterienbefall resistent und hydrolysefest ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei anhand des in der Figur dargestellten Mittelspannungskabels näher erläutert.
Jede Ader 1 dieses Mittelspannungskabels besteht aus einem Tragorgan 2 in Form eines Einzelstranges oder mehrerer miteinander verseilter oder verwürgter Einzelstränge aus einem hochzugfesten Kunststoff wie z. B. Kevlar, auf das ein Kupferleiter 3 aufgeseilt ist. Eine Isolierung 4 besteht z. B. aus einem Natur- oder Synthesekautschuk oder auch aus einem sog. thermoplastischen Kautschuk. Im Falle eines Mittelspannungskabels trägt der Leiter 3 eine sog. innere Leitschicht 5. Für Niederspannungskabel oder -leitungen erübrigt sich diese aus elektrischen Gründen vorgesehene Leiterglättung.
Oberhalb der Isolierung 4 befindet sich eine mit der Isolieroberfläche fest verschweißte, sofern es sich um Mittelspannungskabel handelt, oder nur "lose" aufextrudierte äußere Leitschicht 6, sofern Niederspannungskabel oder -leitungen nach der Erfindung ausgebildet werden. Die Leitschicht 6 selbst kann z. B. aus einem durch Rußzusatz leitfähigen Ethylen- Vinylacetat-Copolymer bestehen.
Mit 7 sind aus einem Litzenleiter 8 und einer leitfähigen Umhüllung 9 bestehende Schutz- oder Überwachungsleiter bezeichnet. Zur Rundung der Seele dienende Beiläufe 10 bestehen z. B. aus einem Gummi oder aus einem gummiähnlichen Material.
Die Freiräume in der Seele, d. h. die Zwickel zwischen den Adern 1, den Schutzleitern 7, den Beiläufen 10 und dergleichen sind mit einem z. B. angeölten Graphit 11 ausgefüllt. Der sogenannte Innenmantel 12, beispielsweise aus einer vernetzten Gummimischung, umschließt die Kabelseele. Darüber befindet sich der Außenmantel 13, etwa aus einem Polyurethan, dessen äußere Randzone strahlenvernetzt ist.

Claims (7)

1. Mehradriges elektrisches Kabel zur Energie- und Signalübertragung für ortsveränderliche Verbraucher mit elektrischen Leitern aus metallischen Drähten oder Litzen, einem jeder Ader unmittelbar zugeordneten Element erhöhter Zugfestigkeit und einem die Kabelseele umschließenden Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) erhöhter Zugfestigkeit in Form mindestens eines Einzelstranges aus einem hochzugfesten Kunststoff ausgebildet ist und daß es den Kern der jeweiligen Ader (1) bildet, über den der Leiter (3) aufgeseilt ist.
2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) erhöhter Zugfestigkeit aus einem Kunststoff auf Basis aromatischer Homo- oder Copolyamide ausgebildet sind.
3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) erhöhter Zugfestigkeit mit einem Tränk- oder Klebemittel behandelt sind.
4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) erhöhter Zugfestigkeit selbst aus verseilten, verwürgten oder verzwirnten Einzelelementen bestehen.
5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (1) von einem gemeinsamen Außenmantel (13) aus Polyurethan umgeben sind.
6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (1) von einem gemeinsamen Innenmantel (12) aus Kunststoff oder Gummi umgeben sind, der von einem Außenmantel (13) aus Polyurethan überdeckt ist.
7. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (13) aus Polyurethan strahlenvernetzt ist.
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