DE4002094A1 - Mehradriges elektrisches kabel - Google Patents

Description

Mehradriges elektrisches Kabel, dessen mit einem gummielastischen Werkstoff isolierte Adern von einem Mantel umgeben sind, der aus einem durch Anwendung mindestens von Wärme vernetzten Werkstoff besteht.

Kabel der gattungsgemäßen Art sind seit langem im Handel, sie zeichnen sich u. a. durch hohe Flexibilität aus, sie sind abriebfest und Ölbeständig und können wegen ihrer hohen Betriebssicherheit überall dort eingesetzt werden, wo Kabel und Leitungen gefordert werden, die besonders hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Der Einsatz unter erschwerten Bedingungen führt in jüngerer Zeit aber auch immer wieder zu der Forderung, daß diese Kabel längswasserdicht sind und diese Längswasserdichtigkeit auch bei erhöhten Drücken gewährleisten. In der Kabeltechnik bereits bekannte Maßnahmen, wie der Einsatz von Quellpulver oder Bewicklungen mit quellfähigen Bändern, haben bisher nicht den gewünschten Erfolg gebracht, insbesondere nicht bei den Kabeln die hohen Wasserdrücken ausgesetzt sind und im Betriebszustand immer wieder bewegt und gebogen werden müssen. Hierdurch besteht Gefahr, daß die bisher bekannten Quellmittel in Kabellängsrichtung wandern oder soweit es die Bewicklungen betrifft, daß diese reißen und so ihre Betriebsfähigkeit über einen längeren Zeitraum nicht gewährleistet ist.

Bekannt ist es auch Quellfäden im Verseilaufbau anzuordnen. Bei höheren Wasserdrücken reicht zumeist die Viskosität des gequollenen Pulvers nicht aus, die Zwischenräume hinreichend abzudichten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch bei solchen flexiblen Kabeln eine dauerhafte Abdichtung der Hohlräume im Kabelinnern gegen die Wanderung von Feuchtigkeit sicher zu stellen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die durch die verseilten Adern gebildete Seele durch ein bei Vernetzungstemperatur fließfähiges Polymer abgedichtet ist. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die gattungsgemäßen Kabel ohnehin einer Wärmebehandlung zum Zwecke der Vernetzung äußerer Schichten unterworfen werden müssen, was in der Regel sogar mit einer Anwendung von erhöhten Drücken vor sich geht, so daß das in der Kabelseele befindliche Polymer nach dem Aufschmelzen auch in bisher nicht erreichbare Zwickelräume verteilt und dort nach dem Erkalten sicher gehalten wird. Die Verteilung des aufgeschmolzenen Polymers in den Zwickelbereichen führt unter gleichzeitiger Anwendung von Wärme und Druck sogar dazu, daß das polymere Material mit dem gummielastischen Werkstoff seiner Umgebung, z. B. mit der Aderisolierung, zumindest eine haftende Verbindung eingeht. Das Dichtungsmittel ist damit in der Kabelseele mechanisch verankert, so daß auch bei dem Betrieb des Kabels unter erhöhten mechanischen Belastungen die Lage der Abdichtung unverändert bleibt und so zu einer dauerhaften Längsabdichtung führt.

Der gemäß der Erfindung verwendete fließfähige polymere Werkstoff kann im zentralen Zwickelraum der verseilten Adern angeordnet sein, es ist aber auch möglich, diesen Werkstoff in den äußeren Zwickeln des Verseilverbandes anzuordnen. Oft wird es jedoch ausreichen, daß die Abdichtung den inneren Verseilzwickel ausfüllt und in die äußeren Zwickel des Verseilverbandes das darüber befindliche Mantelmaterial dichtend eingreift. In diesem Zusammenhang kann es von Vorteil sein, wenn der Mantel des Kabels mindestens zweischichtig aufgebaut ist, wobei die den verseilten Adern zugekehrte Schicht eine gegenüber den weiteren Mantelschichten geringere Schmelzenviskosität aufweist. Das führt dazu, daß bei der Vernetzung des Mantels mindestens unter Anwendung von Wärme die innere Mantelschicht sich leichter und vor allen Dingen gleichmäßiger in den nach außen offenen Zwickelbereichen des Aderverbandes verteilt.

Die Abdichtung der Kabelseele kann wie bei anderen bekannten Stopfungsmöglichkeiten kontinuierlich längs des Kabels angeordnet sein, oft reicht es jedoch aus, diese Abstopfung nur in Abständen vorzusehen, so daß erfindungsgemäß die Abdichtung der Seele pfropfenartig ausgebildet ist.

Zur Herstellung eines Kabels nach der Erfindung wird man zweckmäßig so vorgehen, daß beim Verseilen der Adern, isoliert mit einem gummielastischen Werkstoff, Polymerfäden oder -stränge mit eingeführt werden, von denen mindestens einer den Kernzwickel des Verseilverbandes ausfüllt. Uber die vorbereitete Seele wird dann der Kabelmantel in einer oder mehreren Schichten extrudiert und anschließend wird durch Anwendung mindestens von Wärme, gegebenenfalls auch bei gleichzeitiger Druckanwendung, das Mantelmaterial vulkanisiert oder vernetzt, so daß während der Vernetzung die Polymerfäden oder -stränge aufschmelzen und die Zwickelräume dichtend ausfüllen. Dieser Dichteffekt wird verständlicherweise unterstützt, wenn die Vernetzung unter Druck erfolgt, da in diesem Fall auch die kleinsten Hohlräume mit dem Polymermaterial verschlossen werden und gleichzeitig das Polymermaterial mit den Werkstoffen der Aderisolierung haftend zusammengeführt wird.

Als Material für die Polymerfäden oder -stränge kann z. B. ein Polyethylen mit einem Schmelzbereich von 110° bis 120°C verwendet werden. Aber auch an sich bekannte Schmelzkleber, sogenannte Heißschmelzkleber, wie sie für die Beschichtung von Kunststoffen, beispielsweise von Schrumpfschläuchen und dergl. einsetzbar sind, finden bei der Erfindung eine vorteilhafte Anwendung. Wie bereits ausgeführt, werden die Polymerfäden oder -stränge beim Verseilvorgang mit eingeführt, das bedeutet, daß, wie andere Beiläufe auch, die Fäden oder Stränge eine gewisse Zugfestigkeit aufweisen müssen. Werden in Durchführung der Erfindung solche Materialien als Fäden oder Stränge verwendet, die zwar den für die Erreichung des Zieles notwendigen Schmelzbereich aufweisen, deren Zugfestigkeit aber nicht ausreichend erscheint, um mit den Adern zusammen verseilt zu werden, dann kann man in Weiterführung der Erfindung auch so vorgehen, daß die Polymerfäden oder -stränge einen nicht schmelzenden Träger enthalten. Eine andere Möglichkeit ist die, Polymerfäden oder -stränge aus einer Polymerkombination zu verwenden, von denen mindestens ein Polymer einen Schmelzbereich unterhalb der Vernetzungstemperatur des Außenmantels aufweist. Das Polymermaterial mit dem erhöhten Schmelzpunkt dient dann als Träger und liefert die notwendige Zugspannung beim Miteinseilen der Stränge oder Fäden zwischen die Adern, während das Polymer mit dem niedrigen Schmelzbereich, d. h. mit einem Schmelzbereich unterhalb der Vernetzungstemperatur als Dichtmittel bei der Vulkanisation oder Vernetzung des Außenmantels in die Zwickelräume zur Abdichtung gepreßt wird.

Der Einsatz einer Polymerkombination als Werkstoff für die gemäß der Erfindung vorgesehenen Polymerfäden oder -stränge erlaubt es ferner, die Oberflächenspannung der Schmelze des Faden- oder Strangmaterials so zu wählen, daß sich das fließfähige Material beim Erstarren zu Pfropfen oder Stopfen zusammenzieht und damit in Abständen und nicht kontinuierlich das Kabel abdichtet. Auf diese Weise werden in Abständen Kammern gebildet, in die das gegebenenfalls durch eine äußere Beschädigung eingedrungene Wasser gesammelt, jedoch in die Nachbarbereiche des Kabels nicht weitergeleitet werden kann.

Die Erfindung sei anhand des in der Figur dargestellten druckwasserdichten Kabels, wie es im Schiffbau, aber auch in Schwimmbädern, Talsperren usw., verwendet wird, näher erläutert.

Die Seele eines solchen Kabels wird gebildet durch die drei Adern 1, die aus dem Leiter 2, etwa in längswasserdichter Form als Massivleiter oder als längswasserdichter Lichter, wie er beispielsweise in der Norm VG 88 895 beschrieben ist, sowie der darüber angeordneten Isolierung 3 besteht. Die Isolierung 3 ist z. B. aus einem Ethylen-Propylen-Kautschuk hergestellt, der im vernetzten Zustand die notwendige Flexibilität und mechanische Festigkeit aufweist. Über den verseilten Adern 1 befindet sich der Mantel 4, er kann z. B. aus einem abriebfesten Polychloropren, also aus einem Kunstkautschuk, hergestellt sein, der ebenfalls vernetzt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Mantel einschichtig ausgebildet, er kann aber auch, wie bereits bekannt, mehrschichtig aufgebaut und/oder mit einer mechanischen Verstärkung, beispielsweise mit einem Geflecht, versehen sein, das in dem Mantelmaterial eingebettet ist.

Werden die Adern 1, wie in der Kabeltechnik üblich, zu einer Seele verseilt, dann bildet sich im Innern ein längsverlaufender Zwickel, in dem sich, wie die Figur zeigt, der Kernstrang 5 befindet. Dieser Kernstrang 5 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Polyethylen, er kann aber auch so ausgebildet sein, daß das Polyethylen auf einem Trägerfaden, z. B. aus Polyester oder Baumwolle, aufgebracht ist.

Nach dem Verseilen der Adern 1 werden diese mit dem Material des Mantels 4 umgeben d. h. dieses Material wird auf die Adern aufextrudiert. Dabei fließt ausreichend Material in die nach oben offenen Zwickel des Verseilverbandes, so daß sich bereits hierdurch eine hinreichende Abdichtung der Zwickel im nach außen offenen Bereich des Verseilverbandes ergibt. Wird nun nach der Extrusion des Mantels das Kabel in eine sogenannte CV- Anlage, das ist eine kontinuierliche Vulkanisationsanlage, bei der unter gleichzeitiger Anwendung von Wärme und Druck das Mantelmaterial vernetzt wird, eingeführt, dann schmilzt bei der hier vorgesehenen Vernetzungstemperatur von oberhalb 180°C der Kernstrang 5 im Innern des Verseilverbandes auf und das schmelzflüssige oder fließfähige Material wird durch den erhöhten Druck in die Zwickelräume gepreßt. Gleichzeitig findet wegen der erhöhten Temperatur der Aderisolierung und des erhöhten Druckes - der Dampfdruck im CV-Rohr liegt bei 15 bis 20 bar - eine zumindest haftende Verbindung zwischen dem Isoliermaterial der Adern und dem Dichtmaterial statt. Auf diese Weise ist eine Längsabdichtung der Seele erreicht, die nicht nur bei normalen Außendrücken, sondern auch bei erhöhten Betriebsdrücken Bestand hat.

Wird anstelle eines reinen Polymerstranges zur Erhöhung der Zugfestigkeit ein solcher mit einem inneren Träger verwendet, dann kann man beispielsweise einen Polyesterfaden verwenden, dessen Material einen Schmelzpunkt von ca. 250°C hat, der eine dünne, je nach Volumen der auszufüllenden Zwickel in der Kabelseele, z. B. 0,3 mm starke Polyethylenschicht trägt. Bei der Vernetzung schmilzt das Polyethylen auf und verteilt sich im umgebenden freien Raum, der Polyesterfaden bleibt als Füllmaterial erhalten.

Claims (10)

1. Mehradriges elektrisches Kabel, dessen mit einem gummielastischen Werkstoff isolierte Adern von einem Mantel umgeben sind, der aus einem durch Anwendung mindestens von Wärme vernetzten Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die verseilten Adern gebildete Seele durch ein bei Vernetzungstemperatur fließfähiges Polymer abgedichtet ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung den inneren Verseilzwickel ausfüllt und in die äußeren Zwickel das Mantelmaterial dichtend eingreift.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Mantel mindestens zweischichtig aufgebaut ist, wobei die den verseilten Adern zugekehrte Schicht eine gegenüber den weiteren Mantelschichten geringere Schmelzenviskosität aufweist.

4. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Seele pfropfenartig ausgebildet ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verseilen der Adern Polymerfäden oder -stränge mit eingeführt werden, von denen mindestens einer den Kernzwickel des Verseilverbandes ausfüllt, daß über die so vorbereitete Seele der Mantel in einer oder mehreren Schichten extrudiert und anschließend durch Anwendung mindestens von Wärme das Mantelmaterial vulkanisiert oder vernetzt wird, und daß während der Vernetzung die Polymerfäden oder -stränge aufschmelzen und die Zwickelräume dichtend ausfüllen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfäden oder -stränge aus einem Polyethylen mit einem Schmelzbereich von 110°-120°C bestehen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfäden oder -stränge aus einem Heißschmelzkleber hergestellt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfäden oder -stränge einen nicht schmelzenden Träger enthalten.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfäden oder -stränge aus einer Polymerkombination bestehen, von denen mindestens einer einen Schmelzbereich unterhalb der Vernetzungstemperatur des Außenmantels aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenspannung des Faden- oder Strangmaterials so gewählt ist, daß sich das fließfähige Material beim Erstarren zu Pfropfen oder Stopfen zusammenzieht.