DE3604311C2 - Mehradriges elektrisches kabel zur energie- und signaluebertragung - Google Patents
Mehradriges elektrisches kabel zur energie- und signaluebertragungInfo
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- H01B7/182—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments
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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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8331 | Complete revocation |