DE60032948T2

DE60032948T2 - Verseiltes kabel und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60032948T2
Application number: DE60032948T
Authority: DE
Inventors: Douglas E. Saint Paul JOHNSON; Tracy L. Saint Paul ANDERSON
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: US6559385B1; WO2002007170A1; DE60032948D1; CN1224982C; ES2278642T3; CN1454386A; EP1301930B1; CA2413187C; AU2001219251A1; CA2413187A1; JP2004508660A; KR100721885B1; JP5551327B2; JP2013149621A; EP1301930A1; KR20030016398A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein verdrillte Kabel und ihr Herstellungsverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung verdrillte Kabel, die schraubenförmig verdrillte spröde Drähte umfassen, und ihr Herstellungsverfahren. Solche verdrillten Kabel sind bei Kabeln zur Energieübertragung und für andere Anwendungen einsetzbar.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das Verseilen von Kabeln ist ein Prozess, bei dem einzelne Drähte kombiniert werden, normalerweise in einer schraubenförmigen Anordnung, um ein fertiges Kabel herzustellen. Siehe z.B. die US-Patente Nr. 5,171,942 und 5,554,826. Das sich ergebende verseilte Kabel oder Drahtseil sorgt für viel größere Flexibilität, als mit einem massiven Stab von gleicher Querschnittsfläche möglich wäre. Die verdrillte Anordnung ist auch vorteilhaft, weil das verdrillte Kabel seine Gesamtquerschnittsform beibehält, wenn das Kabel bei der Handhabung, Befestigung und Verwendung gebogen wird. Solche verdrillten Kabel werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel als Schachtseil, Flugzeugkabel und Energieübertragungskabel.
Solche schraubenförmig verdrillten Kabel werden normalerweise aus Metallen wie Stahl, Aluminium oder Kupfer hergestellt. In einigen Fällen, wie zum Beispiel bei nackten Freileitungsenergieübertragungskabeln, könnte der schraubenförmig verdrillte Kern ein erstes Material, wie zum Beispiel Stahl, umfassen, und der äußere Stromleitungsteil könnte ein anderes Material, wie zum Beispiel Aluminium, umfassen. In diesem Fall kann der Kern ein vorverdrilltes Kabel sein, das als Eingangsmaterial zur Herstellung des Stromübertragungskabels mit einem größeren Durchmesser verwendet wird.
Schraubenförmig verdrillte Kabel können von nur 7 Einzeldrähten bis zu häufigeren Konstruktionen mit 50 und mehr Drähten umfassen. Vor dem schraubenförmigen Verdrillen werden die einzelnen Drähte auf separaten Spulenkörpern bereitgestellt, die dann in eine Reihe von motorbetrieben Wagen der Verseilanlage gesetzt werden. Normalerweise wird ein Wagen für jede Lage des fertig gestellten verseilten Kabels verwendet. Die Drähte jeder Lage werden am Ausgang jedes Wagens zusammengeführt und um den Mitteldraht oder um die vorhergehende Lage angeordnet. Während des Kabelverseilprozesses wird der Mitteldraht, oder das in der Mitte liegende unbearbeitete verseilte Kabel, das eine oder mehrere zusätzliche Lagen hat, die darum gewickelt sind, durch die Mitte der verschiedenen Wagen gezogen, wobei jeder Wagen eine Lage zum verseilten Kabel hinzufügt. Die einzelnen Drähte, die als eine Lage hinzugefügt werden sollen, werden gleichzeitig von ihren jeweiligen Spulenkörpern abgewickelt, während sie vom motorgetriebenen Wagen um ihre Mittelachse gedreht werden. Dies erfolgt nacheinander für jede gewünschte Lage. Das Ergebnis ist ein schraubenförmig verdrilltes Kabel, das geeignet geschnitten und gehandhabt werden kann, ohne seine Form zu verlieren oder sich aufzudrehen. Diese Eigenschaft kann man als gegeben hinnehmen, sie ist aber ein äußerst wichtiges Merkmal. Das Kabel behält seine schraubenförmig verdrillte Anordnung, weil die Metalldrähte während der Kabelherstellung Spannungen ausgesetzt sind, die die F1ießspannungen des Drahtmaterials übersteigen, aber kleiner als die Grenz- oder Bruchspannung ist. Diese Spannung wird übertragen, wenn der Draht schraubenförmig um den relativ kleinen Radius der vorgehenden Lage oder des Mitteldrahtes gewickelt wird. Zusätzliche Spannungen werden am Schließstein übertragen, der Radial- und Scherkräfte auf das Kabel bei der Herstellung ausübt. Die Drähte verformen sich daher plastisch und behalten ihre schraubenförmig verdrillte Form.
Vorkurzem sind Kabelerzeugnisse aus Materialien eingeführt worden, die spröde sind und daher nicht ohne weiteres plastisch in eine neue Form gebracht werden können. Gängige Beispiele für solche Materialien umfassen faserverstärkte Verbundstoffe, die auf Grund ihrer verbesserten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu Metallen attraktiv sind, in ihrem Zugdehnungsverhalten aber primär elastisch sind. Verbundkabel, die faserverstärkte Polymerdrähte enthalten, sind im Fachgebiet bekannt, wie auch Verbundkabel, die mit keramischen Fasern verstärkte Metalldrähte enthalten, siehe zum Beispiel WO 97/00976.
Im Fall der faserverstärkten Polymermatrixdrähte können die einzelnen Drähte im Kabel thermisch nach dem Verdrillen gehärtet werden, um eine schraubenförmige Anordnung aufrechtzuerhalten. In solch einer Anordnung brauchen die schraubenförmig verdrillten Kabel keinerlei Mittel, um ihre schraubenförmige Anordnung aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 5,126,167 einen Prozess zum Herstellen eines faserverstärkten plastischen armierten Kabels. Bei diesem Prozess werden lange Verstärkungsfasern mit einem ungehärteten, thermisch härtbaren Harz imprägniert und in eine vorgegebene Form gebracht, um mehrere stabförmige Elemente zu erhalten, wobei das thermisch härtbare Harz in ungehärtetem Zustand gehalten wird. Dann werden die ungehärteten stabförmigen Elemente durch die Ziehdüse eines Schmelzteller-Extruders geschickt, durch den die stabförmigen Elemente jeweils mit einer thermoplastischen Harzlage versehen werden. Die beschichteten Lagen der stabförmigen Elemente werden sofort abgekühlt, um gleichzeitig mehrere faserverstärkte plastische Armierungsdrähte zu bilden, wobei das thermisch härtbare Harz in ungehärtetem Zustand gehalten wird. Die Armierungsdrähte, die so erhalten wurden, werden um ein Kabel gewickelt, welches während der Drehung zugeführt wird. Das Kabel, auf welches die Drähte aufgewickelt sind, wird durch die Ziehdüse eines Schmelzteller-Extruders geschickt, durch den das Kabel mit einer Hülle aus einer thermoplastischen Harzlage versehen wird, die sofort abkühlen und fest werden kann. Das mit einer Hülle versehene Kabel wird in den Härtungstank mit einer Flüssigkeit als Heizmedium geleitet, um das thermisch härtbare Harz in den Armierungsdrähten zu härten.
Um die verdrillten Kabel werden aus verschiedenen Gründen Bänder gewickelt: als elektrische Abschirmung, als Schutz vor Umgebungseinwirkungen, wie zum Beispiel Wasser oder Feuchtigkeit, als elektrisch isolierendes Material, besonders in Erd- oder isolierten Freileitungsseilen, als schützende Armierungslage oder als thermisch isolierende Lage für Hochtemperaturanwendungen. Die japanische Patentanmeldung HEI 3-12606 offenbart ein Luftstarkstromkabel, das einen faserverstärkten Kunststoff („FRP") als Kernelement zur Festigkeit aufweist. Der Stand der Technik der Anmeldung '606 stellt fest, dass faserverstärkte Kunststoffkabel vorher als Verstärkungselement für Luftstarkstromkabel zur Vergrößerung der Stromstärke und zur Verringerung des Durchhängens vorgeschlagen wurden, aber den Mangel aufweisen, dass der glasfaserverstärkte Kunststoff eine geringe Wärmestabilität und geringe Biege- und Schlagfestigkeit besitzt. Das Patent versucht, diese Beschränkungen durch Umwickeln eines glasfaserverstärkten Kunststoffdrahtes mit einem Metallband oder einer wärmebeständigen Beschichtung zu überwinden. Die Anmeldung '606 offenbart eine Ausführungsform, bei der eine Metallhülle, die aus einem Metallband hergestellt ist, um den FRP-Draht gebildet wird. Es wird berichtet, dass das Metallband als Pufferlage fungiert und die Sprödigkeit des FRP-Drahtes beim Biegen oder bei Schlageinwirkung reduziert. Die Anmeldung '606 berichtet, dass gleichzeitig die thermische Qualitätsverschlechterung des Harzes im Innern wirksam verhütet werden kann und ein Aluminiumkabel, das mit FRP mit langer Gebrauchsdauer verstärkt ist, hergestellt werden kann. Die Anmeldung '606 schlägt auch eine Ausführungsform vor, die die einzelnen faserverstärkten Kunststoffdrähte durch Umwickeln jedes Kunststoffdrahtes mit einem Metallband (in 4 gezeigt) oder durch Beschichten mit einem wärmebeständigen Bindemittel zu schützen.
WO 97/00976 beschreibt in einer Ausführungsform eine Anordnung von glasfaserverstärkten Verbunddrähten, die einen Kern bilden. Der Kern wird von einem Mantel aus monolithischen Metalldrähten umgeben, die als Leiter für ein Starkstromkabel dienen. Siehe die 2a und 2b der Publikation '976. Die Drähte im Kern umfassen eine Metallmatrix von polykristallinen a-Al₂O₃-Fasern, die in einer Matrix von im wesentlichen reinem elementarem Aluminium oder einer Legierung von elementarem Aluminium und bis zu etwa 2 % Kupfer verkapselt sind. Diese Drähte sind spröde und lassen keine wesentliche plastische Verformung zu.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Obwohl viele der obigen Vorgehensweisen sich eines gewissen Erfolgs erfreuen, ist es wünschenswert, die Konstruktion des schraubenförmig verdrillten Kerns und sein Herstellungsverfahren weiter zu verbessern. Es ist zum Beispiel wünschenswert, ein schraubenförmig verdrilltes Kabel bereitzustellen, das spröde Drähte umfasst. Es ist wünschenswert, ein geeignetes Mittel bereitzustellen, um die schraubenförmige Anordnung der spröden Drähte vor dem Einbau des Kerns in ein Produkt, wie zum Beispiel ein Starkstromkabel, aufrechtzuerhalten. Solch ein Mittel zur Bewahrung der schraubenförmigen Anordnung ist in vorherigen Kabelkernen mit plastisch verformbaren Drähten oder mit Drähten, die gehärtet oder nach ihrer schraubenförmigen Anordnung gehärtet werden können, nicht notwendig gewesen.
In einer Erscheinungsform stellt die vorliegende Erfindung ein verdrilltes Kabel bereit. Das Kabel umfasst mehrere spröde Drähte, wobei die spröden Drähte um eine gemeinsame Längsachse verdrillt sind. Die spröden Drähte weisen einen beträchtlichen Umfang der elastischen Biegeverformung auf. Das Kabel umfasst auch ein Klebemittel zur Aufrechterhaltung der elastischen Biegeverformung der Drähte. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Klebemittel ein Klebeband, das um die mehreren spröden Drähte gewickelt ist. Das Klebeband kann einen druckempfindlichen Klebstoff umfassen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Mittel zur Aufrechterhaltung ein Bindemittel. Das Bindemittel kann einen druckempfindlichen Klebstoff umfassen.
In einer weiteren Erscheinungsform stellt die vorliegende Erfindung eine alternative Ausführungsform eines verdrillten Kabels bereit. Das verdrillte Kabel umfasst mehrere spröde Drähte, die um eine gemeinsame Längsachse verdrillt sind. Die spröden Drähte weisen einen beträchtlichen Umfang der elastischen Biegeverformung auf. Das verdrillte Kabel umfasst auch ein Aufrechterhaltungsmittel zum Beibehalten der elastischen Biegeverformung der Drähte, wobei der Außendurchmesser des verdrillten Kabels einschließlich des Aufrechterhaltungsmittels nicht mehr als 110 % des Außendurchmessers der mehreren verdrillten Drähte ohne das Aufrechterhaltungsmittel beträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Aufrechterhaltungsmittel ein Band, das um die mehreren spröden Drähte gewickelt ist. Das Band umfasst vorzugsweise ein Klebeband. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Aufrechterhaltungsmittel ein Bindemittel, das an den mehreren spröden Drähte haftet. Das Bindemittel umfasst vorzugsweise einen druckempfindlichen Klebstoff.
In jeder oder in beiden der obigen zwei Ausführungsformen von verdrillten Kabeln können die folgenden Ausführungsformen eingesetzt werden:
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die spröden Drähte jeweils einen Verbund von mehreren durchgehenden Drähten in einer Matrix. Die Matrix umfasst vorzugsweise eine Metallmatrix. Es wird stärker bevorzugt, dass die Metallmatrix Aluminium umfasst und die durchgehenden Fasern polykristallines a-Al₂O3 umfassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die spröden Drähte durchgehend und mindestens 150 m lang. Es wird stärker bevorzugt, dass die durchgehenden spröden Drähte mindestens 1000 m lang sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die spröden Drähte einen Durchmesser von 1 mm bis 4 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die spröden Drähte schraubenförmig verdrillt und haben einen Lagenfaktor von 10 bis 150.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gibt es mindestens 3 verdrillte spröde Drähte. Es wird stärker bevorzugt, dass das Kabel einen Mitteldraht umfasst und die verdrillten spröden Drähte in einer Lage um den Mitteldraht verdrillt werden. Es wird noch mehr bevorzugt, dass es mindestens zwei Lagen von verdrillten spröden Drähten gibt.
In einer weiteren Erscheinungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Starkstromkabel bereit, das einen Kern und eine Lage von Leitern um den Kern umfasst, wobei der Kern eines der oben beschriebenen verdrillten Kabel umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Starkstromkabel mindestens zwei Lagen von Leitern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lage der Leiter mehrere verdrillte Leitungsdrähte. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Starkstromkabel ein Freileitungsstarkstromkabel.
In noch einer weiteren Erscheinungsform stellt die vorliegende Erfindung eine andere Ausführungsform eines verdrillten Kabels bereit. Das verdrillte Kabel umfasst mehrere spröde Drähte. Die spröden Drähte sind um eine gemeinsame Längsachse verdrillt und weisen einen beträchtlichen Umfang der elastischen Biegeverformung auf. Das verdrillte Kabel umfasst auch ein Aufrechterhaltungsmittel zur Aufrechterhaltung der elastischen Biegeverformung der Drähte. In dieser Ausführungsform ist das verdrillte Kabel frei von Lagen elektrischer Leiter um die mehreren spröden Drähte. Falls diese Ausführungsform frei von Lagen elektrischer Leiter um die mehreren spröden Drähte ist, kann jede der bevorzugten Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, in dieser Ausführungsform eingesetzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird ferner mit Verweis auf die angehängten Figuren erläutert, wobei in allen Ansichten auf ähnliche Strukturen durch ähnliche Zahlen verwiesen wird, dabei gilt:
1 ist eine Endansicht einer ersten Ausführungsform eines verdrillten Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Anwendung eines Aufrechterhaltungsmittels um die mehreren Drähte.
2 ist eine Seitenansicht des verdrillten Kabels von 1.
3 ist eine Seitenansicht des verdrillten Kabels von 2 mit einem Aufrechterhaltungsmittel, das ein Band umfasst, welches teilweise auf das verdrillte Kabel aufgebracht ist.
4 ist eine Endansicht des verdrillten Kabels von 3.
5 ist eine Endansicht einer zweiten Ausführungsform eines verdrillten Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem anderen Band, das auf die mehreren Drähte aufgebracht ist.
6 ist eine Endansicht einer dritten Ausführungsform eines verdrillten Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Bindemittel, das auf die mehreren Drähte aufgetragen ist.
7 ist eine Endansicht einer anderen Ausführungsform eines verdrillten Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Anwendung eines Aufrechterhaltungsmittels auf die mehreren Drähte.
8 ist eine Endansicht einer ersten Ausführungsform eines Stromkabels gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein verdrilltes Kabel bereit, das mehrere tragende Drähte umfasst. Die tragenden Drähte sind spröde, so dass sie während des herkömmlichen Kabelverseilprozesses nicht so ausreichend verformt werden können, dass sie ihre schraubenförmige Anordnung beibehalten. Daher stellt die vorliegende Erfindung Mittel zum Beibehalten der schraubenförmigen Anordnung der Drähte im verdrillten Kabel bereit. Auf diese Weise kann das verdrillte Kabel geeignet als Zwischenprodukt oder als Endprodukt bereitgestellt werden. Bei Verwendung als Zwischenprodukt kann es später in ein Endprodukt aufgenommen werden, wie zum Beispiel ein Freileistungsstromkabel.
In der Beschreibung und in den Ansprüchen werden bestimmte Begriffe verwendet, die eine Erläuterung erfordern, obwohl sie zum größten Teil bekannt sind. Es versteht sich, dass der Verweis auf einen "Draht" als "spröde" bedeutet, dass der Draht unter Zugbelastung mit minimaler plastischer Verformung bricht. Der Begriff "elastisch", wenn damit auf die Verformung eines Drahtes verwiesen wird, bedeutet, dass der Draht beim Entfernen der Belastung, die die Verformung bewirkt, im Wesentlichen in seine anfängliche, unverformte Gestalt zurückkehrt. Der Begriff "biegen" umfasst, wenn er zum Verweis auf die Verformung eines Drahtes benutzt wird, entweder die zweidimensionale oder dreidimensionale Biegeverformung, wie zum Beispiel das schraubenförmige Biegen des Drahtes. Wenn man sagt, dass ein Draht eine Biegeverformung besitzt, so schließt dies nicht die Möglichkeit aus, dass der Draht auch eine Verformung besitzt, die aus Zug- und/oder Torsionskräften resultiert. Eine "beträchtliche" elastische Biegeverformung bedeutet eine Biegeverformung, bei der der Draht mit einem Krümmungsradius von bis zum 10.000 fachen des Drahtradius gebogen wird. Bei Anwendung auf einen Draht mit kreisförmigem Querschnitt würde diese beträchtliche elastische Biegeverformung eine Dehnung an der äußeren Faser des Drahtes von mindestens 0,01 % hervorrufen. Die Begriffe "Verseilen" und "Verdrillen" werden austauschbar verwendet, wie auch "verseilt" und "verdrillt".
1 ist eine Endansicht einer ersten Ausführungsform eines verdrillten Kabels 10 gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Anwendung eines Aufrechterhaltungsmittels um die mehreren Drähte 12. Wie illustriert, umfasst das verdrillte Kabel 10 einen Mitteldraht 12a und eine erste Lage 13a von Drähten 12, die schraubenförmig um den Mitteldraht 12a gewickelt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die spröden Drähte 12 jeweils mehrere durchgehende Fasern 14 in einer Matrix 16, wie später detaillierter diskutiert wird. Die Drähte 12 können auf einer geeigneten Kabelverseilanlage, wie zum Beispiel die Planetenkabelverseilmaschinen, die von Cortinovis, Spa, aus Bergamo, Italien, und von Watson Machinery International, aus Patterson, New Jersey, erhältlich sind, verdrillt oder schraubenförmig gewickelt werden, wie im Fachgebiet bekannt ist. 2 ist eine Seitenansicht des verdrillten Kabels 10 von 1, in der zu sehen ist, dass die Drähte 12 in der ersten Lage 13a schraubenförmig verdrillt sind. Die verdrillten spröden Drähte 12 sind vorzugsweise in einer schraubenförmigen Anordnung, obwohl dies nicht erforderlich ist.
3 ist eine Seitenansicht des verdrillten Kabels von 2 mit einem Aufrechterhaltungsmittel, das ein Band 18 umfasst, welches teilweise auf das verdrillte Kabel aufgebracht ist. Band 18 kann eine Trägerlage 20 mit oder ohne optionale Klebstofflage 22 umfassen. Band 18 kann so gewickelt werden, dass jede aufeinander folgende Wicklung auf die vorherige Wicklung ohne Lücke und ohne Überlappung stößt, wie in 3 illustriert. Alternativ können aufeinander folgende Wicklungen so mit Abstand angeordnet werden, dass eine Lücke zwischen den Wicklungen gelassen wird oder dass sie sich gegenseitig überlappen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Band 18 so gewickelt, dass jede Wicklung die vorherige Wicklung um 1/3 bis 1/2 der Bandbreite überlappt. Wenn Band 18 eine Trägerlage 20 ohne Klebstoff ist, umfassen geeignete Materialien für die Trägerlage 20 Metallfolien, insbesondere Aluminium; Polyester und glasfaserverstärkte Trägerlagen; vorausgesetzt, dass Band 18 stark genug ist, die elastische Biegeverformung aufrechtzuerhalten, und in der Lage ist, seine Wicklungsform von allein aufrechtzuerhalten, oder wenn es ausreichend eingeschränkt ist, falls notwendig. Eine besonders bevorzugte Trägerlage 20 ist Aluminium. Solch ein Träger besitzt vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,002 und 0,005 zoll (0,05 und 0,13 mm) und eine Breite, die auf der Basis des Durchmessers des verdrillten Kabels 10 ausgewählt wird. Es wird zum Beispiel für ein verdrilltes Kabel 10, das zwei Lagen hat, wie zum Beispiel in 7 illustriert, und das einen Durchmesser von etwa 0,5 Zoll (1,3 cm) hat, ein Aluminiumband, das eine Breite von 1,0 Zoll (2,5 cm) hat, bevorzugt. 5 ist eine Endansicht des verdrillten Kabels von 3, bei dem Band 18 eine Trägerlage 20 ohne Klebstoff umfasst.
Alternativ kann Band 18 ein Klebeband sein, das eine Trägerlage 20 und Klebstoff 22 umfasst. Bei dieser Ausführungsform umfassen geeignete Materialien für den Träger 20 alle diejenigen, die gerade beschrieben wurden, wobei ein bevorzugter Träger eine Aluminiumträgerlage ist, die eine Dicke von 0,002 und 0,005 Zoll (0,05 bis 0,13 mm) und eine Breite von 1,0 Zoll (2,54 cm) hat. Geeignete druckempfindliche Klebstoffe umfassen Klebstoffe auf (Meth)Acrylatbasis, Poly(Alpha-Olefin)-Klebstoffe, Klebstoffe auf Blockcopolymerbasis, Klebstoffe auf der Basis von Naturgummi, Klebstoffe auf Silikonbasis und heißschmelzende druckempfindliche Klebstoffe. Einige bevorzugte handelsübliche Bänder umfassen die folgenden Metallfolienbänder, die von der Firma 3M erhältlich sind: Band 438, 0,005 Zoll (0,13 mm) dicker Aluminiumträger mit Acrylklebstoff und einer Gesamtbanddicke von 0,0072 Zoll (0,18 mm); Band 431, ein 0,0019 Zoll (0,05 mm) dicker Aluminiumträger mit Acrylklebstoff und einer Gesamtbanddicke von 0,0031 Zoll (0, 08 mm); und Band 433, ein 0, 002 Zoll (0, 05 mm) dicker Aluminiumträger mit Silikonklebstoff und einer Gesamtbanddicke von 0,0036 Zoll (0,09 mm). Ein geeignetes Band mit Polyesterträger umfasst das Polyesterband 8402, das von der Firma 3M erhältlich ist, mit einem 0,001 Zoll (0,03 mm) dicken Polyesterträger, einem Klebstoff auf Silikonbasis und einer Gesamtbanddicke von 0,0018 Zoll (0,03 mm).
Wenn Band 18 als das Beibehaltungsmittel verwendet wird, entweder mit oder ohne Klebstoff, kann das Band auf das verdrillte Kabel mit einer herkömmlichen Bandwickelvorrichtung, wie sie im Fachgebiet bekannt ist, aufgebracht werden. Geeignete Bandwickelmaschinen umfassen diejenigen, die von Watson Machine, International, Patterson, New Jersey, erhältlich sind, wie zum Beispiel das Modell Nummer CT-300 Konzentrischer Bandwickelkopf. Die Bandwickelstation befindet sich am Ausgang der Kabelverdrillvorrichtung und wird auf die schraubenförmig verdrillten Drähte 12 angewendet, bevor Kabel 10 auf einen Kabelspulkörper gewickelt wird. Band 18 wird so ausgewählt, dass es die verdrillte Anordnung der elastisch verformten Drähte 12 aufrechterhält.
In einer alternativen Ausführungsform kann Bindemittel 24 auf das verdrillte Kabel 10 aufgebracht werden, um die Drähte 12 in ihrer verdrillten Anordnung zu halten. Geeignete Bindemittel umfassen druckempfindliche Klebstoffzusammensetzungen, die umfassen: ein oder mehrere Poly(Alpha-Olefin)-Homopolymere, Copolymere, Terpolymere und Tetrapolymere, die aus Monomeren abgeleitet sind, welche 6 bis 20 Kohlenstoffatome und fotoaktive Vernetzungsmittel enthalten, wie im US-Patent Nr. 5,112,882 (Babu et al.) beschrieben. Die Strahlungshärtung dieser Materialien liefert Klebstofffilme, die ein vorteilhaftes Gleichgewicht von Haft- und Abschereigenschaften des Klebstoffs besitzen. Alternativ kann das Bindemittel 24 thermohärtbare Materialien umfassen, einschließlich der Epoxide, ohne darauf beschränkt zu sein. Für einige Bindemittel ist es vorteilhaft, das Bindemittel 24 auf das verdrillte Kabel 10 zu extrudieren oder dieses auf andere Weise zu beschichten, während die Drähte die Verseilmaschine gerade verlassen, wie oben diskutiert. Alternativ kann das Bindemittel 24 in Form eines Klebstoffs angewendet werden, der als Abziehband geliefert wird. In diesem Fall wird das Bindemittel 24 auf ein Abzieh- oder Trennblatt aufgebracht. Das Trennblatt wird um die Drähte 12 des verdrillten Kabels 10 gewickelt. Der Träger wird dann entfernt, wodurch die Klebstofflage als Bindemittel 24 zurückbleibt.
7 illustriert eine weitere Ausführungsform des verdrillten Kabels 10. In dieser Ausführungsform umfasst das verdrillte Kabel einen Mitteldraht 12a und eine erste Lage 13a von Drähten, die schraubenförmig um den Mitteldraht 12a gewickelt sind. Diese Ausführungsform umfasst ferner eine zweite Lage 13b von Drähten 12, die schraubenförmig um die erste Lage 13a gewickelt sind. Diese Anordnung kann auch auf herkömmlichen Kabelverseilmaschinen, wie im Fachgebiet bekannt, realisiert werden. Es kann jede geeignete Zahl von Drähten 12 in jede Lage auf genommen werden. Ferner könne mehr als zwei Lagen in das verdrillte Kabel 10 aufgenommen werden, falls gewünscht. In mehrlagigen Kabeln 10 kann jede Lage entweder nach rechts oder links, unabhängig von der Richtung anderer Lagen, verdrillt werden. In einer bevorzugten Zwei-Lagen-Ausführungsform sind die Lagen in entgegengesetzten Richtungen verdrillt. Jedes der Band- oder Bindemittel-Aufrechterhaltungsmittel, die oben beschrieben werden, kann bei der Ausführungsform von 7 verwendet werden. Ferner kann ein Klebstoff um jede Lage herum oder zwischen allen geeigneten Lagen aufgetragen werden, falls gewünscht.
In einer bevorzugten Ausführungsform trägt das Aufrechterhaltungsmittel nicht wesentlich zum Gesamtdurchmesser des verdrillten Kabels 10 bei. Der Außendurchmesser des verdrillten Kabels einschließlich des Aufrechterhaltungsmittels beträgt vorzugsweise nicht mehr als 110 % des Außendurchmessers der mehreren verdrillten Drähte 12 ohne das Aufrechterhaltungsmittel, vorzugsweise nicht mehr als 105 % und am besten nicht mehr als 102 %.
Es ist zu erkennen, dass die spröden Drähte 12 einen beträchtlichen Umfang an elastischer Biegeverformung besitzen, wenn sie auf herkömmlichen Verseilanlagen verdrillt werden. Diese beträchtliche elastische Biegeverformung würde bewirken, dass die Drähte in ihre unverdrillte oder ungebogene Form zurückkehren, wenn es kein Aufrechterhaltungsmittel zur Aufrechterhaltung der schraubenförmigen Anordnung der Drähte gäbe. Daher wird das Aufrechterhaltungsmittel so ausgewählt, dass es die beträchtliche elastische Biegeverformung der spröden Drähte 12 aufrechterhält.
Weil die Drähte 12 spröde sind, nehmen sie während des Verseilens keine plastische Verformung an, was mit duktilen Drähten möglich wäre. Zum Beispiel könnte in Anordnungen nach dem Stand der Technik, die duktile Drähte umfassen, der herkömmliche Verseilprozess so ausgeführt werden, dass die Drähte 12 in ihrer schraubenförmigen Anordnung dauerhaft plastisch verformt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung spröder Drähte 12, die im Vergleich zu nichtspröden Drähten überragende gewünschte Eigenschaften liefern. Das Aufrechterhaltungsmittel ermöglicht die geeignete Verarbeitung des verdrillten Kabels 10 als Endprodukt oder die geeignete Verarbeitung vor der Aufnahme in ein nachfolgendes Endprodukt.
Eine bevorzugte Ausführungsform für die spröden Drähte 12 umfasst mehrere durchgehende Fasern 14 in einer Matrix 16. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Matrix eine Metallmatrix. Die Metallmatrix umfasst vorzugsweise Aluminium. Eine bevorzugte Faser umfasst polykristallines a-Al₂O₃. Diese bevorzugten Ausführungsformen für die spröden Drähte 12 haben vorzugsweise eine Bruchdehnung von mindestens 0,4 %, stärker bevorzugt von mindestens 0,7 %.
Andere spröde Drähte, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Siliziumkarbid-Aluminium-Verbunddrähte, Kohlenstoff-Aluminium-Verbunddrähte, Kohlenstoff-Epoxid-Verbunddrähte und Glas-Epoxid-Verbunddrähte.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise ausgeführt, um sehr lange verdrillte Kabel herzustellen. Es ist auch vorzuziehen, wenn die spröden Drähte 12 innerhalb des verdrillten Kabels 10 selbst über die ganze Länge des verdrillten Kabels durchgehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die spröden Drähte 12 durchgehend und mindestens 150 m lang. Es wird stärker bevorzugt, dass die spröden Drähte 12 durchgehend und im verdrillten Kabel 10 mindestens 250 m lang sind, besser mindestens 500 m lang sind, noch besser mindestens 750 m lang sind und am besten mindestens 1000 m lang sind.
Obwohl jeder geeignet bemessene spröde Draht verwendet werden kann, wird es für viele Ausführungsformen und Anwendungen bevorzugt, wenn die spröden Drähte 12 einen Durchmesser von 1 mm bis 4 mm haben, jedoch können auch größere oder kleinere Drähte 12 verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das verdrillte Kabel 10 mehrere verdrillte spröde Drähte 12, die schraubenförmig verdrillt sind und einen Lagenfaktor von 10 bis 150 haben. Der "Lagenfaktor" eines verdrillten Kabels wird bestimmt, indem die Länge des verdrillten Kabels, in dem ein einzelner Draht 12 eine schraubenförmige Umdrehung vollführt, durch den Nennaußendurchmesser der Lage geteilt wird, die diese Litze umfasst. Es gibt vorzugsweise mindestens drei solche schraubenförmig verdrillten Drähte 12. Es wird stärker bevorzugt, dass das verdrillte Kabel einen Mitteldraht 12a umfasst und die verdrillten spröden Drähte um den Mitteldraht gewickelt sind. Wie in den 1–6 zu sehen ist, kann es eine einzelne Lage 13a von Drähten 12 geben, die schraubenförmig um den Mitteldraht 12a gewickelt ist. Wie in 7 zu sehen ist, kann es alternativ eine erste Lage 13a und eine zweite Lage 13b geben, die jeweils schraubenförmig um den Mitteldraht 12a gewickelt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jeder der Drähte 12 dieselbe Struktur und Form, dies ist jedoch nicht erforderlich. Ferner kann das verdrillte Kabel 10 mehr als zwei verdrillte Drahtlagen umfassen.
Wie oben beschrieben, werden die spröden Drähte 12 während des Verseilprozesses elastisch verformt. Es ist auch möglich, in das verdrillte Kabel 10 einen oder mehrere plastisch oder dauerhaft verformte Drähte einer anderen Zusammensetzung als die der spröden Drähte 12 aufzunehmen, wie zum Beispiel einen duktilen Metalldraht.
Beim Auswählen des Aufrechterhaltungsmittels zur Verwendung im verdrillten Kabel 10 sollte eine ausreichende Festigkeit zur Aufrechterhaltung der verdrillten Anordnung erreicht werden, wie oben beschrieben. Ferner kann die beabsichtigte Verwendung für das verdrillte Kabel 10 darauf hinweisen, dass bestimmte Aufrechterhaltungsmittel für die Anwendung besser geeignet sind. Wenn zum Beispiel das verdrillte Kabel 10 als Kern in einem Starkstromkabel verwendet wird, sollte entweder das Bindemittel 24 oder das Band 18 so ausgewählt werden, dass sich keine Beeinträchtigung für das Übertragungskabel bei den Temperaturen und anderen Bedingungen ergibt, die bei dieser Anwendung auftreten. Wenn ein Klebeband 18 verwendet wird, sollten Klebstoff 22 und Träger 20 so ausgewählt werden, dass sie sich für die beabsichtigte Anwendung eignen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit jedem geeigneten spröden Draht 12 ausgeführt werden kann, ist eine bevorzugte Ausführungsform von Draht 12 ein faserverstärkter Aluminium-Matrix-Verbunddraht. Die faserverstärkten Aluminium-Matrix-Verbunddrähte 12 umfassen vorzugsweise durchgehende Fasern 14 aus polykristallinem a-Al₂O₃, das in eine Matrix 16, entweder aus reinem elementarem Aluminium oder aus einer Legierung von reinem Aluminium und bis zu ca. 2 Gewichtsprozent Kupfer, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, eingeschlossen ist. Die bevorzugten Fasern 14 umfassen gleichgerichtete Körner von weniger als etwa 100 nm Größe und einen Faserdurchmesser im Bereich von etwa 1–50 Mikrometern. Ein Faserdurchmesser im Bereich von etwa 5–25 Mikrometern wird bevorzugt, wobei ein Bereich von 5–15 Mikrometern besonders bevorzugt wird. Bevorzugte Verbundmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung haben eine Faserdichte im Bereich von ca. 3,90 bis 3,95 g/cm³. Unter den bevorzugten Fasern sind diejenigen, die aus dem US-Patent Nr. 4,954,462 (Wood et al., übertragen an die Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN) bekannt sind. Bevorzugte Fasern sind kommerziell unter der Handelsbezeichnung "NEXTEL 610" alpha alumina based fibers von der Firma 3M, S. Paul, MN, erhältlich. Die umgebende Matrix 16 wird so ausgewählt, dass sie chemisch nicht wesentlich mit dem Fasermaterial 14 reagiert (d.h. chemisch relativ inert in Bezug auf das Fasermaterial ist, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, eine Schutzbeschichtung auf die Faseraußenseite aufzubringen).
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "polykristallin" ein Material, das überwiegend mehrere kristalline Körner aufweist, bei dem die Korngröße kleiner als der Durchmesser der Faser ist, in der die Körner vorliegen. Der Begriff "durchgehend" soll eine Faser 14 bedeuten, die eine Länge hat, welche im Vergleich zum Faserdurchmesser sehr groß ist. Praktisch gesehen, haben solche Fasern eine Länge in der Größenordnung von etwa 15 cm bis zu mindestens mehreren Metern und können sogar Längen in der Größenordnung von Kilometern oder mehr haben.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen von Draht 12 ist gezeigt worden, dass die Verwendung einer Matrix 16, die entweder im Wesentlichen reines elementares Aluminium oder eine Legierung aus elementarem Aluminium mit bis zu ca. 2 Gewichts-% Kupfer umfasst, erfolgreiche Drähte erzeugt. Wie hierin verwendet, sind die Begriffe "im Wesentlichen reines elementares Aluminium", "reines Aluminium" und "elementares Aluminium" austauschbar und sollen Aluminium bezeichnen, das weniger als ca. 0,05 Gewichts-% Verunreinigungen enthält.
Das Eindringen von Matrix 16 in das Faserseil 14 kann durch die Verwendung einer Ultraschallenergiequelle als Hilfe beim Eindringen der Matrix erreicht werden. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 4,779,563 (Ishikawa et al., an die Agency of Industrial Science and Technology, Tokyo, Japan, übertragen) die Verwendung einer Vorrichtung für Ultraschallvibrationen zur Verwendung bei der Erzeugung von Vorformdrähten, Bögen oder Bändern aus siliziumkarbidfaserverstärkten Metallverbundstoffen. Die Ultraschallwellenenergie wird den Fasern über einen Vibrator zugeführt, der einen Wandler und ein Ultraschall-"Horn" hat, das in das geschmolzene Matrixmaterial in der Nähe der Fasern eingetaucht ist. Das Horn wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das nur eine geringe Löslichkeit, falls überhaupt, in der geschmolzenen Matrix besitzt, um so das Eindringen von Verunreinigungen in die Matrix zu verhüten. Im vorliegenden Fall wurde festgestellt, dass Hörner aus handelsüblich reinem Niob oder Legierungen aus 95 % Niob und 5 % Molybdän zufrieden stellende Ergebnisse liefern. Der Wandler, der dabei verwendet wird, umfasst Titan.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Drähte 12 etwa 30–70 Volumen-% polykristalline a-Al₂O₃-Fasern 14, bezogen auf das Gesamtvolumen des Verbunddrahtes 12, in einer Matrix 16 aus im wesentlichen elementarem Aluminium. Es wird bevorzugt, dass die Matrix 16 weniger als ca. 0,03 Gewichts-% Eisen und vorzugsweise weniger als ca. 0,01 Gewichts-% Eisen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, umfasst. Es wird ein Fasergehalt von etwa 40–60 polykristalliner a-Al₂O₃-Fasern bevorzugt. Es wurde festgestellt, dass solche Drähte 12, die mit einer Matrix 16, welche eine Streckgrenze von weniger als ca. 20 MPa aufweist, und aus Fasern 14 gebildet werden, die eine Längszugfestigkeit von mindestens ca. 2,8 GPa haben, ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften besitzen.
Die Matrix 16 kann auch aus einer Legierung von elementarem Aluminium mit bis zu ca. 2 Gewichts-% Kupfer, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, gebildet werden. Wie in der Ausführungsform, bei der eine Matrix aus im Wesentlichen reinem elementarem Aluminium verwendet wird, umfassen Verbunddrähte 12, die eine Aluminium-Kupfer-Legierung besitzen, vorzugsweise etwa 30–70 Volumen-% polykristalliner a-Al₂O₃-Fasern 14 und stärker bevorzugt 40–60 Volumen-% polykristalliner a-Al₂O₃-Fasern 14, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundmaterials. Es wird außerdem bevorzugt, dass die Matrix 16 weniger als ca. 0,03 Gewichts-% Eisen und vorzugsweise weniger als ca. 0,01 Gewichts-% Eisen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, umfasst. Die Aluminium-Kupfer-Matrix hat vorzugsweise eine Streckgrenze von weniger als ca. 90 MPa und die polykristallinen a-Al₂O₃-Fasern haben, wie oben, eine Längszugfestigkeit von mindestens ca. 2,8 GPa.
Die Drähte 12 werden vorzugsweise aus im Wesentlichen durchgehenden polykristallinen a-Al₂O₃-Fasern 14 gebildet, die in der Matrix 16 aus im Wesentlichen reinem elementarem Aluminium oder in der Matrix, die aus der Legierung aus elementarem Aluminium und bis zu ca. 2 Gewichts-% Kupfer, die oben beschrieben wird, enthalten sind. Solche Drähte werden im Allgemeinen durch einen Prozess hergestellt, bei dem eine Spule aus im Wesentlichen durchgehenden polykristallinen a-Al₂O₃-Fasern 14, die in einem Faserseil angeordnet sind, durch ein Bad aus geschmolzenem Matrixmaterial 16 gezogen wird. Der resultierende Abschnitt kann dann erstarren, wodurch die Fasern, die in der Matrix eingeschlossen sind, bereitgestellt werden. Es wird bevorzugt, dass ein Ultraschallhorn, wie oben beschrieben, in das Bad mit geschmolzener Matrix eintaucht und dazu verwendet wird, das Eindringen der Matrix in die Faserseile zu unterstützen.
Geeignete Drähte werden zum Beispiel in der Internationalen Patentanmeldungspublikation Nr. WO 97/000976 und in der US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/616,589, Anwaltsregistriernummer 55675USA1A, mit dem Titel Verfahren zur Herstellung von Metallmatrixverbundstoffen, abgelegt am selben Datum wie dies hier; US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/616,594, Anwaltsregistriernummer 55673USA4A, mit dem Titel Metallmatrixverbunddrähte, -kabel und Verfahren, abgelegt am selben Datum wie dies hier; US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/616,593 Anwaltsregistriernummer 55787USA3A, mit dem Titel Metallmatrixverbunddrähte, -kabel und Verfahren, abgelegt am selben Datum wie dies hier; und US-Patentanmeldung Serien-Nr. 60/218,347, Anwaltsregistriernummer 55795USA89, mit dem Titel Metallmatrixverbundstoffe und Verfahren, abgelegt am selben Datum wie dies hier, beschrieben.
Verdrillte Kabel 10 der vorliegenden Erfindung sind in zahlreichen Anwendungen nützlich. Man glaubt, dass solche verdrillten Kabel 10 besonders bei der Verwendung in Freileitungsstarkstromkabeln 30 auf Grund ihrer Kombination von niedrigem Gewicht, hoher Festigkeit, guter elektrischer Leitfähigkeit, geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, hohen Einsatztemperaturen und Korrosionsbeständigkeit besonders erwünscht sind.
Der Gewichtsanteil der Drähte 12 innerhalb des Übertragungskabels 30 hängt vom Aufbau der Übertragungsleitung ab. Im Übertragungskabel 30 können die Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Leitungsdrähte 36 aus einem der verschiedenen Materialien sein, die im Fachgebiet für Freileitungsstarkstromleitungen bekannt sind, einschließlich 1350 A1 (ASTM B609-91), 1350-H19 A1 (ASTM B230-89) oder 6201 T-81 A1 (ASTM B399-92), ohne darauf beschränkt zu sein.
Eine Endansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines solchen Starkstromkabels wird in 8 illustriert. Solch ein Starkstromkabel umfasst einen Kern 32, der einer der verdrillten Kabel sein kann, die hierin beschrieben werden. Das Starkstromkabel 30 umfasst auch mindestens eine Schicht 34 von Leitern um das verdrillte Kabel 10. Wie illustriert, umfasst das Starkstromkabel zwei Leiterlagen 34a und 34b. Falls gewünscht, können mehr Leiterlagen verwendet werden. Jede Leiterlage 34 umfasst vorzugsweise mehrere Leitungsdrähte 36, wie im Fachgebiet bekannt. Geeignete Materialien für die Leitungsdrähte umfassen Aluminium und Aluminiumlegierungen. Die Leitungsdrähte können um den verdrillten Kern 32 mittels geeigneter Kabelverseilanlagen verseilt werden, wie im Fachgebiet bekannt. Eine Beschreibung geeigneter Starkstromkabel und Prozesse, in denen das verdrillte Kabel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, finden Sie zum Beispiel in der Normvorschrift für konzentrische verdrillte Aluminiumleiter, beschichtet, stahlverstärkt (ACSR) ASTM B 232-92 oder in den US-Patenten Nr. 5,171,942 und 5,554,826. Eine bevorzugte Ausführungsform des Starkstromkabels ist ein Freileitungsstarkstromkabel. Bei diesen Anwendungen sollten die Werkstoffe für das Aufrechterhaltungsmittel für die Anwendung bei Temperaturen von mindestens 100 °C oder 240 °C oder 300 °C, je nach der Anwendung, ausgewählt werden. Zum Beispiel sollte das Aufrechterhaltungsmittel nicht die Aluminiumleiterlage korrodieren oder unerwünschte Gase abgeben oder anderweitig das Übertragungskabel bei den erwarteten Temperaturen während des Gebrauchs beeinträchtigen.
In anderen Anwendungen, bei denen das verdrillte Kabel als Endprodukt selbst verwendet werden soll, oder bei denen es als Zwischenprodukt oder -komponente in einem anderen nachfolgenden Produkt verwendet werden soll, wird bevorzugt, dass das verdrillte Kabel frei von elektrischen Stromleitungslagen um die mehreren spröden Drähte 12 ist.
Der Einsatz der vorliegenden Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden detaillierten Beispiele beschrieben. Diese Beispiele werden dargelegt, um die verschiedenen speziellen und bevorzugten Ausführungsformen und Verfahren weiter zu illustrieren.
Beispiel 1
Ein verdrilltes Kabel 10, umwickelt mit Aluminiumfolienband 18, wurde folgendermaßen hergestellt. Das Kabel wurde auf kommerziell erhältlichen Verseilanlagen, wie im Fachgebiet bekannt, verdrillt. Bestimmte Parameter des verdrillten Kabels 10 werden in Tabelle 1 dargestellt. Die Verbunddrähte 12 umfassten zweiunddreißig Fasern 14 auf der Basis von a-Al₂O₃, die kommerziell unter der Bezeichnung "Nextel 610" von der Firma 3M, St. Paul, MN, in einer Matrix 16 aus hochreinem Aluminium erhältlich sind. Die Drähte 12 wurden einer Reihe von Drähten entnommen, die nach Messung die folgenden mittleren Kennwerte aufweisen: Grenzbelastung von 1484 pfund, Bruchdehnung von 0,0062, Faservolumenanteil von 50 % und ein Drahtdurchmesser von 0,101 Zoll (2,57 mm). Die Drähte 12 in Kabel 10 waren durchgehend und nicht gerissen. Kabel 10 hatte einen Draht 12 in der Mitte, sechs Drähte 12 in der ersten Lage mit linker Schlagrichtung und zwölf Drähte 12 in der zweiten Lage mit rechter Schlagrichtung (allgemein wie in 7 illustriert).
Kabel 10 wurde mit Klebeband umwickelt, wobei eine handelsübliche Wickelanlage, Modell 300 Concentric Taping Head von Watson Machine International, verwendet wurde. Band 18 war Aluminiumfolienband, das einen druckempfindlichen Acrylklebstoff 22 hatte und unter der Handelsbezeichnung "Aluminum Foil Tape 438" von der Firma 3M erhältlich ist. Der Bandträger 20 war 0,005 Zoll (0,13 mm) dick. Die Gesamtdicke von Band 18 betrug 0,0072 Zoll (0,18 mm). Das Band 18 war 1 Zoll (2,54 cm) breit. Die Bandumwicklung erfolgte überlappt, wobei die Breite der Überlappung etwa 1/3 der Bandbreite war.
Beispiel 2
Ein verdrilltes Kabel 10, das ein Bindemittel 24 als Aufrechterhaltungsmittel hatte, wurde folgendermaßen hergestellt. Bestimmte Parameter von Kabel 10 werden in Tabelle 1 dargestellt. Beispiel 2 wurde allgemein in Übereinstimmung mit Beispiel 1 hergestellt, abgesehen von Bindemittel 24 statt Band 18 und anderen Unterschieden, wie in Tabelle 1 dargestellt. Das Klebstoffbindemittel 24 war ein klebrig gemachter Polyocten-Poly(Alpha-Olefin)-Klebstoff ähnlich dem, der im US-Patent Nr. 5,112,882 (Babu et al.) beschrieben wird. Eine 0,020 Zoll (0,51 mm) dicke Klebstofflage wurde auf ein Abziehpapier aufgetragen. Das Abziehpapier wurde in ca. 0,5 Zoll (1,27 cm) breite Streifen geschnitten und um die erste Lage von Drähten 12 vor dem Verdrillen der zweiten Lage von zwölf Drähten 12 um Bindemittel 24 und die erste Lage von Drähten 12 gewickelt. Die Menge des Klebstoffs wurde so abgeschätzt, dass sie ausreichte, um die Räume zwischen den Drähten 12 zu füllen.
Beispiel 3
Aluminiumleitungsdrähte 34 wurden um das durch Klebstoff gebundene Kabel 10 von Beispiel 2 verdrillt, um ein Starkstromkabel 30 herzustellen. Die Leitungsdrähte 36 waren aus 1350 H19 Aluminium, das eine Leitfähigkeit von 61,2 % der Leitfähigkeit von isotropen leitfähigen Klebstoffen (ICAS) ASTM-Spezifikation B230-89) hat.
Beispiel 4
Ein verdrilltes Kabel 10, das ein Aluminiumband 24 als Aufrechterhaltungsmittel hatte, wurde allgemein in Übereinstimmung mit Beispiel 1 hergestellt, außer wie folgt angegeben. Kabel 10 wurde mit Klebeband unter Verwendung einer Bandwickelanlage umwickelt. Band 18 war Aluminiumfolienband, das einen druckempfindlichen Acrylklebstoff 22 hatte und unter der Handelsbezeichnung "Aluminum Foil Tape 431" von der Firma 3M erhältlich ist. Der Bandträger 20 war 0,0019 Zoll (0,05 mm) dick. Die Gesamtdicke von Band 18 betrug 0,0031 Zoll (0,08 mm). Das Band 18 war 1 Zoll (2,54 cm) breit. Die Bandumwicklung erfolgte überlappt, wobei die Breite der Überlappung etwa 1/2 der Bandbreite war.
Beispiel 5
Aluminiumleitungsdrähte 34 wurden um das bandumwickelte Kabel 10 von Beispiel 4 verdrillt, um ein Starkstromkabel 30 herzustellen. Beispiel 5 wurde allgemein in Übereinstimmung mit Beispiel 3 hergestellt, außer in Bezug auf den Aufbau des verdrillten Kabelkerns. Tabelle 1 – Verdrilltes Kabel 10

Tabelle 2 – Starkstromkabel 30
Die vorliegende Erfindung ist nun mit Bezug auf mehrere Ausführungsformen derselben beschrieben worden. Die vorhergehende detaillierte Beschreibung und die Beispiele sind nur im Interesse des Verständnisses angeführt worden. Es dürfen daraus keine unnötigen Beschränkungen abgeleitet werden. Für Fachleute auf diesem Gebiet ist erkennbar, dass viele Veränderungen an den Ausführungsformen, die beschrieben wurden, vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der Ansprüche zu verlassen. Daher darf der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die genauen Ansprüche und Strukturen beschränkt werden, die hierin beschrieben sind, sondern vielmehr durch die Strukturen, die vom Wortlaut der Ansprüche bestimmt sind.

Claims

Verdrilltes Kabel, mit: mehreren spröden Drähten, wobei die spröden Drähte um eine gemeinsame Längsachse verdrillt sind und wobei die spröden Drähte eine beträchtliche elastische Biegeverformung besitzen; und Klebemitteln zur Aufrechterhaltung der elastischen Biegeverformung der Drähte.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 1, wobei das Klebemittel ein Klebeband aufweist, das um die mehreren spröden Drähte gewickelt ist.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 2, wobei das Klebeband einen Haftklebstoff aufweist.
Verdrilltes Kabel, mit: mehreren spröden Drähten, wobei die spröden Drähte um eine gemeinsame Längsachse verdrillt sind und wobei die spröden Drähte eine beträchtliche elastische Biegeverformung besitzen; und Aufrechterhaltungsmitteln zur Aufrechterhaltung der elastischen Biegeverformung der Drähte, wobei der Außendurchmesser des verdrillten Kabels, das das Aufrechterhaltungsmittel aufweist, nicht mehr als 110 des Außendurchmessers der mehreren verdrillten spröden Drähte ohne das Aufrechterhaltungsmittel ist.
Elektrisches Energieübertragungskabel, das einen Kern und eine Leiterschicht um den Kern aufweist, wobei der Kern das verdrillte Kabel nach einem der Ansprüche 1–4 aufweist.
Elektrisches Energieübertragungskabel nach Anspruch 5, wobei das elektrische Energieübertragungskabel ein oberirdisches elektrisches Energieübertragungskabel aufweist.
Verdrilltes Kabel, mit: mehreren spröden Drähten, wobei die spröden Drähte um eine gemeinsame Längsachse verdrillt sind und wobei die spröden Drähte eine beträchtliche elastische Biegeverformung besitzen; und Aufrechterhaltungsmitteln zur Aufrechterhaltung der elastischen Biegeverformung der Drähte, wobei das verdrillte Kabel frei von Schichten aus elektrischen Energieleitern um die mehreren spröden Drähte ist.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 4 oder 7, wobei das Aufrechterhaltungsmittel ein Band aufweist, das um die mehreren spröden Drähte gewickelt ist.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 8, wobei das Band ein Klebeband aufweist.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 7, wobei das Aufrechterhaltungsmittel ein Bindemittel aufweist.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 10, wobei das Bindemittel einen Haftklebstoff aufweist.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 1–11, wobei die spröden Drähte jeweils ein Verbundmaterial aus mehreren durchgehenden Fasern in einer Matrix aufweisen.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 12, wobei die Matrix eine Metallmatrix aufweist.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 13, wobei die Metallmatrix Aluminium aufweist und die durchgehenden Fasern polykristallines a-Al₂O₃ aufweisen.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 1–14, wobei die spröden Drähte durchgehend und mindestens 150 m lang sind.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die spröden Drähte einen Durchmesser von 1 mm bis 4 mm haben.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 1–16, wobei die spröden Drähte schraubenlinienförmig verdrillt sind, so dass sie einen Schlaglängenfaktor von 10 bis 150 haben.
Verdrilltes Kabel nach einem der Ansprüche 1–17, wobei mindestens 3 verdrillte spröde Drähte vorgesehen sind.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 18, das ferner einen Mitteldraht aufweist, wobei die verdrillten spröden Drähte um den Mitteldraht verdrillt sind.
Verdrilltes Kabel nach Anspruch 19, wobei mindestens zwei Schichten der verdrillten spröden Drähte vorgesehen sind.