DE511323C - Leiter, der mit magnetischem Material belastet ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft gleichförmig belastete Telephon- und Telegraphenkabel, insbesondere solche, in welchen der belastete Leiter geschützt ist gegen äußere Kräfte, die während der Herstellung und der Verlegung auf das Kabel einwirken und gegen die Wirkung des hydrostatischen Druckes, wenn es sich um Tiefseekabel handelt..

In Kabeln dieser Art ist ein leitender Kern von einer Schicht aus magnetisierbarem Material umgeben, die wiederum in einem schweren isolierenden Mantel eingeschlossen ist. Ein Kabel kann einen oder mehrere derart belastete und isolierte Leiter enthalten.

Um zu verhindern, daß die Eigenschaften des Kabels in nachteiliger Weise beeinflußt werden, wenn dasselbe hohen Drucken oder anderen Beanspruchungen ausgesetzt wird, wurde früher vorgeschlagen, das Belastungsmaterial vollständig mit einem druckausgleichenden Material zu umgeben, welches bei den Drucken und Temperaturen, denen das Kabel zeitweise oder dauernd ausgesetzt ist, sich in einem halbflüssigen Zustand befindet. Eine Beschreibung dieses Schutzverfahrens ist in dem Patent 443 197 gegeben.

Das in diesem Patent beschriebene druckausgleichende Material besteht aus flüssigem Bitumen und wird in einer Schicht verwendet, die das Belastungsmaterial vollständig umgibt und bedeckt. Obwohl die auf der Außenseite des Belastungsmaterials aufgetragene Schicht sehr dünn ist, erzeugt sie, wenn sie aus Bitumen besteht, eine sehr störende Ableitung. Der Leiter wird deshalb verbessert, wenn diese Ableitung verringert wird. Wenn der äußere Isolationsmantel aus Gummi besteht, was neuerdings auch bei Tiefseekabeln der Fall sein kann, werden gewisse flüssige Bestandteile des Bitumen nach kurzer Zeit von dem Gummimantel absorbiert: diese Absorption kann schon vor der Verlegung des Kabels stattfinden. Das Bitumen verliert deshalb seinen Flüssigkeits-Charakter und erfüllt nicht mehr seinen Zweck, welcher darin besteht, die Induktanz des belasteten Leiters bei der am Grund des Gewässers herrschenden niedrigen Temperatur und dem hohen hydrostatischen Druck gleichmäßig und unverringert zu halten.

Es ist schon früher vorgeschlagen worden, geschmolzenen oder depolymerisierten und teilweise polymerisierten synthetischen Gummi als Druckausgleichs- oder Fließmaterial für die Belastung zu verwenden. Es war aber mit Schwierigkeiten verbunden, den geschmolzenen Gummi so dünnflüssig zu halten, daß er die Zwischenräume zwischen und unter den Windungen des Belastungsbandes

vollständig ausfüllte. Diese Schwierigkeiten sind besonders groß, wenn der Leiter aus einzelnen Litzen zusammengesetzt ist. Geschmolzener Gummi weist ferner den NTachteil auf, daß er leicht oxydiert und verschlechtert wird, wenn er für längere Zeit in offenen Behältern erhitzt wird.

Die Erfindung bezweckt in der Hauptsache einen isolierten, gleichförmig belasteten Leiter (oder ein Kabel) zu schaffen, der für Hochfrequenzverkehr geeignet ist und in welchem der belastete leitende Kern für eine lange Reihe von Jahren gegen die Einwirkung äußerer mechanischer Kräfte wirksam geschützt ist. Hierdurch wird die Herstellung vereinfacht und die Herstellungskosten werden verringert.

Gemäß der Erfindung wird der belastete Leiter zuerst gründlich mit einem flüssigen Material imprägniert, welches so gewählt werden muß, daß es seinen flüssigen Zustand bei den Temperaturen behält, denen der Leiter im Betriebe ausgesetzt ist. Da das Material sich auf der Innenseite der Belastungsschicht befindet, braucht es nicht ein hochwertiges Isoliermittel zu sein. Es muß aber verhältnismäßig billig sein, so daß die Imprägnierung des Leiters und das Ausfüllen der Zwischenräume unterhalb des Belastungsmaterials ohne allzu große Unkosten ausgeführt werden können. Gewisse flüssige Bitumenarten sind für den Zweck sehr geeignet, da sie verhältnismäßig billig sind und selbst bei Temperaturen in der Nähe des Gefrierpunktes den erforderlichen Flüssigkeitsgrad besitzen. Eine gegenseitige chemische Beeinflussung zwischen diesen Bitumenarten und dem Metall des Leiters oder der Belastung findet nicht statt. Wenn ein derartiges Imprägnierungsmaterial mit verhältnismäßig geringer Isolierwirkung verwendet wird, ist es von Wichtigkeit, daß das Belastungsmaterial nach der Imprägnierung gereinigt wird, z. B. durch Abstreifen der Oberflächenschicht.

Der imprägnierte Leiter wird mit einer Schicht eines verhältnismäßig schweren, flüssigen Isolationsmaterials versehen, welches derart beschaffen sein muß, daß es seinen flüssigen Zustand bei den zu erwartenden Temperaturen beibehält. Da das Material in dem wirksamsten Teil des den Leiter umgebenden Feldes Hegt, ist es sehr wichtig, insbesondere bei Hochfrequenzübertragung, daß es ein hochwertiges Isoliermaterial ist, welches einen hohen Ableitungswiderstand besitzt. Für diese Schicht muß ein Material gewählt werden, welches weder mit dem Belastungsmaterial noch mit dem äußeren Mantel chemisch in Reaktion tritt. Ferner muß das Material derart beschaffen sein, daß keiner der Bestandteile, welche den flüssigen Zustand herbeiführen, von dem Mantel aufgesogen wird. Geschmolzener Gummi und verschiedene teilweise polymerisierte synthetische Gummiarten haben sich als zweckmäßig erwiesen und sind besonders vorteilhaft, wenn der äußere Isoliermantel aus Gummi besteht.

Die Neigung zur Reaktion zwischen den Flüssigkeiten auf der Innen- und der Außenseite der gleichmäßigen Schicht aus Belastungsmaterial kann durch zweckmäßige Gestaltung dieser Schicht aufgehoben werden. Wenn der Zwischenraum zwischen den Litzen bzw. zwischen den Windungen des Belastungsmaterials verringert wird, kann der Übergang von Bestandteilen einer Schicht in die andere für unbestimmte Zeit verhindert werden.

Nach der Auftragung der äußeren Flüssigkeitsschicht wird der schwere Isoliermantel um den Leiter gepreßt. Die Abmessungen und das Material für diesen Mantel müssen für jeden besonderen Fall festgelegt werden.

Es können selbstverständlich auch weitere Schichten auf die Außenseite des isolierten Leiters oder als Trennkörper zwischen den Schichten aufgelegt werden. Diese Schichten können in einem einzigen Arbeitsgang oder schichtweise nacheinander aufgebrachtwerden.

Die beiliegende Zeichnung zeigt als Beispiel einen Schnitt durch ein Tiefseekabel, welches gemäß der Erfindung ausgeführt ist.

Der mittlere leitende Kern, welcher vorzugsweise aus hochwertigem Kupfer hergestellt wird, besteht aus einem Mittelleiter S und mehreren segmentförmigen Deckleitern 6, welche nach dem Mittelleiter geformt sind und eine glatte Außenfläche darbieten.

Die magnetische Belastung 7 besteht aus einem dünnen, schmalen Band, welches in dicht aneinanderliegenden Windungen derart um den leitenden Kern gelegt ist, daß ein enger ringförmiger Raum zwischen dem Leiter und dem Belastungsband entsteht. Das Belastungsmaterial kann eine Nickel-Eisen-Legierung sein, welche, nachdem sie auf den Leiter aufgewickelt ist, einer besonderen Wärmebehandlung unterzogen wird, wodurch sie eine Permeabilität erhält, welche diejenige des Eisens um ein beträchtliches übersteigt. Die magnetischen Eigenschaften gewisser Nickel-Eisen-Legierungen und anderer magnetischer Belastungsmaterialien werden, wie bekannt, durch Beanspruchungen im Material in nachteiliger Weise beeinflußt. Wenn deshalb eine Legierung dieser Art als Belastung für ein Tiefseekabel verwendet wird und durch zweckmäßige Behandlung eine hohe Permeabilität erhalten hat, so wird der äußerst hohe hydrostatische Druck am Meeresboden bewirken, daß das Kabel eine

bedeutend geringere Induktanz erhält als unter atmosphärischen Verhältnissen. Es ist deshalb notwendig, die hier beschriebenen Vorkehrungen zu treffen, um zu verhindern, daß der Druck innerhalb des Kabels ungleichmäßig verteilt wird.

Die Zwischenräume innerhalb der Belastungsschicht werden zweckmäßig, um die Luft auszutreiben, mit einem flüssigen Biturnen 8 gefüllt, wie in dem obenerwähnten Patent beschrieben. Das überschüssige Bitumen muß sorgfältig von der Außenfläche der Belastung entfernt werden. Damit das Bitumen bei den niedrigen Temperaturen, welche am Meeresboden herrschen, seinen Zweck erfüllt, muß es einen Flüssigkeitsgrad besitzen, der einer Durchdringungsfähigkeit von mindestens 25 Einheiten, vorzugsweise 75 oder mehr Einheiten bei o° C entspricht. Diese Zahlen wurden durch Messungen mittels eines Penetrometers der in den New York Testing Laboratories verwendeten Art festgestellt. Bei diesen Messungen wurde eine Belastung von 100 g verwendet, welche 5 Sekunden auf eine

^a5 Normalnadel einwirkte.

Ein derartiges Penetrometer ist auf Seite 1298, 1299 und 1300 des Buches: »Standard Methods of Chemical Analysis«, herausgegeben durch Wilfred W. Scott, Band 2, dritte Ausgabe, 1922, veröffentlicht durch D. Van Nostrand Company, New York beschrieben. Die bei diesen Versuchen verwendete Nadel ist zylindrisch, 50,8 mm lang und hat einen Durchmesser von 1,016 mm.

Sie ist an dem einen Ende scharf umgebogen zu einer Spitze von 6,35 mm. Die Einheiten der Penetration sind Hunderstel eines Zentimeters. Demzufolge entsprechen 25 Einheiten einer Penetration von 2,5 mm. Flüssiges Bitumen dieser Art hat einen Aschengehalt unterhalb ^x/₁₀ -o/o und ist in Petroleumäther bis zu 90 °/₀ oder mehr löslich. Die unlöslichen Bestandteile bestehen aus harten, brüchigen, asphaltähnlichen Substanzen. Diese können während des Reinigungsprozesses entfernt werden.

Die Imprägnierung des belasteten Leiters einschließlich der Entfernung der Luft kann in beliebiger Weise erfolgen. Es empfiehlt sich jedoch, die Imprägnierung in einem ununterbrochenen Verfahren auszuführen, wobei der Leiter zuerst durch einen stark evakuierten Raum geführt und darauf durch einen Behälter bewegt wird, welcher Bitumen enthält. Die Temperatur im Behälter ist derart, daß das Bitumen sich in einem dünnflüssigen Zustande befindet. Zuletzt wird der Leiter durch einen Abstreifer gezogen, der das anhaftende Bitumen von der Oberfläche der Belastungsschicht entfernt.

Die Schicht 9 auf der Außenseite der Belastung 7 besteht vorzugsweise aus geschmolzenem Gummi, d. h. einem hochwertigen Rohgummi, welcher zuerst einer Fräsbehandlung unterzogen und darauf gleichzeitig geknetet (evtl. mit Mastix) und bis auf 260 ° C erhitzt wird. Die Hitzebehandlung kann eine Dauer von 15 Minuten bis zu 1 Stunde haben. Zuletzt wird der Gummi in flüssigem Zustande ausgebreitet. Die Isoliereigenschaften dieses Materials sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen des ursprünglichen Rohgummis. Es wäre deshalb an sich möglich, der Schicht 9 eine bedeutende Stärke zu geben. Auf Grund der Schwierigkeiten bei der Herstellung einer gleichmäßigen Schicht aus diesem Material während der nachfolgenden Umhüllung mit der vorzugsweise aus Guttapercha bestehenden Außenschicht 10, und weil es wünschenswert ist, eine Verlagerung des belasteten Leiters innerhalb des Isoliermantels nach Möglichkeit zu begrenzen, soll aber die Stärke der Schicht 9 0,25 mm nicht übersteigen. Am zweckmäßigsten ist es, der Schicht eine Stärke von etwa 0,18 mm zu geben. Da der geschmolzene Gummi schon bei gewöhnlicher Raumtemperatur genügend dünnflüssig ist, kann er kalt aufgetragen werden, so daß die bei längerer Erhitzung eintretende Oxydation vermieden wird.

Der äußere Mantel 10 bildet die Hauptisolation des Leiters. Bei Tiefseekabeln muß die Schicht 10 aus einem hochwertigen Isoliermaterial bestehen, welches niedrige dielektrische Verluste aufweist und selbst unter dem Einfluß des Seewassers jahrelang seine Eigenschaften unverändert beibehält. Guttapercha kann verwendet werden. Ein anderes zweckmäßiges Material kann aus hochwertigem Rohgummi hergestellt werden ioo dadurch, daß er einige Stunden lang unter Dampfdruck in Wasser erhitzt und darauf gewaschen und getrocknet wird. Die Dauer der Wärmebehandlung ist hierbei von dem Druck abhängig. Es wurde gefunden, daß der Gummi, wenn er in der obigen Weise behandelt wird, seine wasserabsorbierenden Bestandteile verliert und viele Jahre hindurch im Wasser seine ursprünglichen elektrischen Eigenschaften behält. Der in dieser Weise behandelte Gummi besitzt ferner solche mechanischen Eigenschaften, daß er sich für Ausstoßzwecke gut eignet. In gewissen Fällen ist es zweckmäßig, den behandelten Gummi mit Guttapercha, Balata oder anderen plastizierenden Mitteln oder Füllstoffen zu mischen. Die wärmebehandelte Gummimasse besitzt den großen Vorteil, daß sie nicht vulkanisiert zu werden braucht. Es ist deshalb nicht die Gefahr vorhanden, daß die Eigenschäften des den Flüssigkeitsdruck ausgleichenden Materials gestört werden.

Die halbflüssige Schicht 9 auf der Außenseite der Belastung 7 und die äußere Schicht 10 aus schwerem Gummi werden vorzugsweise in einem ununterbrochenen Verfahren aufgetragen, und zwar in unmittelbarem Anschluß an die Imprägnierung. Wenn der Leiter den Abstreifer verläßt, der das überschüssige Bitumen von der Außenseite der Belastungsschicht entfernt, wird er durch einen Behälter geführt, der den geschmolzenen Gummi enthält, und läuft darauf durch eine Ausziehmaschine für die schwere Gummiisolation. Der geschmolzene Gummi muß hierbei mit einem so hohen Druck aufgetragen werden, daß der hohe Druck in der Ausziehkammer überwunden wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine Schicht von der erwünschten Stärke zwischen der Belastung und dem Außenmantel entsteht.

Der isolierte Kern kann mit weiterer Isolation versehen und durch Umhüllungen und Verstärkungen in beliebiger Weise geschützt werden.
Durch die Verwendung flüssiger Isolierschichten, welche bei den am Meeresboden herrschenden Temperaturen flüssig bleiben, wird somit gemäß der Erfindung eine ununterbrochene Belastung geschaffen, welche zwischen dem Leiter und der äußeren schweren Isolation schwimmt. Die eine Schicht besteht aus einem hochwertigen Isoliermaterial, welches eine niedrige Kapazität sowie eine geringe Ableitung hat und in einem Kabel mit Gummiisolation verwendet werden kann.

Die zweite Schicht, welche aus billigem Material besteht, kann leicht erhitzt und in alle Zwischenräume des belasteten Leiters hineingebracht werden, wodurch ebenfalls ein Schutz gegen den hohen hydrostatischen Druck und ein Kissen für die Belastung entsteht.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise geändert werden. Es ist beispielsweise möglich, einen massiven Mittelleiter, eine drahtförmige Belastung und zwei oder mehrere Belastungsschichten zu verwenden.

Es soll ferner bezweckt werden, daß die Erfindung nicht nur die Verhinderung einer Abnahme der Permeabilität des Belastungsmaterials betrifft. Die beschriebenen Maßnahmen und Kombinationen derselben können auch für andere nützliche Zwecke verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Leiter, der mit magnetischem Material belastet ist, welches von flüssigem oder halbflüssigem, druckausgleichendem Material umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das druckausgleichende Material in zwei oder mehreren Lagen zur Verwendung kommt, von denen die äußere Lage hochwertige elektrische Eigenschaften, z. B. einen hohen Ableitungswiderstand, besitzt, während die innere Lage beim Erwärmen einen flüssigen Zustand annimmt und dadurch leicht in die bestehenden Hohlräume des belasteten Leiters eindringt.

2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, druckausgleichende Schicht aus geschmolzenem oder polymerisiertem Gummi und die innere Schicht aus Bitumen o. dgl. besteht. .

3. Leiter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage fast vollständig innerhalb der Mantelfläche liegt, die durch den äußeren Durchmesser der Belastungsschicht festgelegt ist, während die äußere Lage im wesentlichen vollständig auf der Außenseite der Belastungsschicht angeordnet ist, so daß infolge der Trennung durch die Belastungsschicht eine Diffusion der beiden Stoffe ineinander verzögert wird.

4. Verfahren zur Herstellung von Leitern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht aus druckausgleichendem Material in heißem Zustande aufgetragen wird, worauf das überschüssige Material von der Außenfläche der Belastungsschicht entfernt wird, und daß die zweite Schicht aus druckausgleichendem Material bei gewohnlicher Temperatur aufgetragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen