DE60121154T2

DE60121154T2 - Verfahren zum schutz von elektrischen kabelverbindungen, schutzschicht für solche verbindungen und auf diese weise geschützte verbindungen

Info

Publication number: DE60121154T2
Application number: DE60121154T
Authority: DE
Inventors: Luca Balconi; Alberto Bareggi; Sergio Belli; Alberto Bianchi; Dario Quaggia
Original assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: US20040099434A1; EP1277263A1; AU2001258355A1; ES2267765T3; CA2407409C; EP1277263B1; DE60121154D1; ATE332026T1; US7195807B2; CA2407409A1; WO2001082436A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz einer elektrischen Kabelverbindung, insbesondere für unterirdische elektrische Kabel, auf eine Schutzummantelung, die dazu bestimmt ist, die Integrität der einmal instalierten Verbindung zu bewahren und auf eine so geschützte elektrische Kabelverbindung.
Allgemein umfassen Kabel zum Leiten oder Zuführen von Energie, insbesondere zum Leiten oder Zuführen von Mittelspannungs- oder Hochspannungsenergie, vom Kabelinneren zum äußeren hin folgendes: einen metallischen Leiter, eine innere Halbleiterschicht, einen Metallschirm – gewöhnlich aus Aluminium, Blei oder Kupfer – und eine äußere Polymerhülle. Die vorbestimmte Reihenfolge: metallischer Leiter, innere Halbleiterschicht, Isolierschicht und äußere Halbleiterschicht ist allgemein unter dem Begriff „Kabelkern" bekannt.
Um eine Verbindung zwischen zwei Abschnitten eines elektrischen Kabels z.B. der einpoligen Art zu bilden, werden beide Abschnitte zuvor bearbeitet, um über einen Abschnitt definierter Länge jedes der zuvor genannten Elemente, welche die zuvor genannten Kabel bilden, abzudecken.
Daraufhin besteht der Vorgang des Verbindens darin, eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterelementen zu bilden, z.B. mit Hilfe von Verlötung oder durch Flämmen der Letzteren, und in dem Bereich, wo die Leiterelemente miteinander verbunden sind, eine elastomerische Hülse zu positionieren, die herkömmlich unter dem Begriff „Verbindungsstück" bekannt ist.
Allgemein besitzt die Hülse eine Form, die in ihrem mittleren Abschnitt im Wesentlichen zylindrisch ist und an ihren Enden kegelstumpfartig ist, um eine optimale Verbindung zwischen dem zu verbindenden Kabelabschnitten und dem Verbindungsstück selbst bereitzustellen.
Diese Hülse besteht aus einer Vielzahl von radial übereinander gelegten Elementen, die dazu bestimmt sind, die elektrische und mechanische Verbindung zwischen jeder exponierten Schicht eines ersten Kabelabschnitts und den entsprechenden exponierten Schichten eines zweiten Kabelabschnitts wiederherzustellen.
Daher umfasst diese Hülse, ausgehend von ihrem innersten Abschnitt, im Allgemeinen folgendes: eine Spannungsverteilerschicht aus einem Material mit einer hohen dialektischen Konstante neben den Isolierschichten des Kabels, eine Schicht aus isolierendem Material beträchtlicher Dicke, die die Spannungsverteilerschicht umgibt, und eine Schicht aus Halbleitermaterial, die radial auf der Außenseite der Isolierschicht platziert ist und geeignet mit der äußeren Halbleiterschicht jedes Kabelabschnitts verbunden ist, und die konzipiert ist, um die Kontinuität der äußeren Halbleiterschicht des ersten und zweiten Abschnitts wiederherzustellen. Im Allgemeinen ist der Bereich, wo die beiden Leiterelemente verbunden sind, mit einem Material zum Kontrollieren des elektrischen Feldes gefüllt.
Im Stand der Technik bekannte Verfahren zum Bauen von Verbindungsstücken sind z.B. in den Dokumenten EP 379 056 ; EP 393 495 ; EP 415 082 ; EP 109 742 und EP 422 567 auf den Namen des Anmelders beschrieben.
Im Allgemeinen wird diese Hülse separat hergestellt und in einem elastisch aufgeweiteten Zustand auf einem aus steifem Kunststoff bestehenden rohrförmigen Hohlträger montiert, geliefert. Die so getragene Hülse wird während eines Schrittes, der der Bildung des Verbindungsstücks zwischen den metallischen Leitern vorangeht, um einen der Abschnitte herum in Eingriff gebracht.
Dieser Träger kann unter Verwendung verschiedener Verfahren gebaut werden, die dessen Entfernung erlauben, sobald das oben genannte Verbindungsstück geformt wurde. Z.B. kann der rohrförmige Träger aus einem streifenähnlichen Element erhalten werden, das spiralförmig gewickelt ist, um eine Vielzahl von benachbarten, aneinander befestigten Spiralen zu bilden, so dass, wenn eine Zugkraft auf einen freien Endabschnitt des streifenähnlichen Elements ausgeübt wird, der rohrförmige Träger in der Lage ist, aufgrund der allmählichen Trennung der Spiralen zu kollabieren und eine korrekte Positionierung der Hülse zu erlauben. Hierbei zieht sich die Hülse elastisch zusammen, wobei die Kabelabschnitte in der Verbindungszone gegriffen werden. Diese Hülse ist eine Hülse der kalt zurückziehbaren Art. Ausführungsformen der Träger sind z.B. in den Dokumenten EP 541 000 ; EP 735 639 ; EP 547 656 und EP 547 667 auf den Namen des Anmelders beschrieben.
Alternativ können die Hülsen unter Verwendung von wärmeschrumpfbaren Materialien hergestellt werden, wodurch die sog. Wärmeschrumpfhülsen erzeugt werden, die z.B. in der Patentschrift US 4,383,131 beschrieben sind.
Allgemein umfasst ein Verbindungsstück auch ein Element, das dazu gedacht ist, den Metallschirm wiederherzustellen, wie z.B. einen verzinnten Kupferstreifen, der ausgehend von dem exponierten Metallschirmabschnitt des ersten Abschnitts bis zum exponierten Metallschirm des zweiten Abschnitts aufgebracht wird.
In dem Fall, in dem der Verbindungsvorgang zwischen zwei Abschnitten eines elektrischen Kabels der multipolaren Art – z.B. der doppelpoligen oder dreipoligen Art – durchgeführt wird, wird der hier beschriebene Vorgang für jede einzelne Phase jedes Kabels wiederholt. Schließlich umfasst ein wie oben beschriebenes Verbindungsstück normalerweise auch eine äußere Polymerhülse, die geeignet ist, den äußeren mechanischen Schutz des Kabels wiederherzustellen, und im Verbindungsbereich angebracht ist, und zwar in einer Position radial auf der Außenseite der zuvor genannten Hülse.
Im Allgemeinen ist diese Hülse dazu gedacht, die darunter liegenden Elemente des Verbindungsstücks davor zu schützen, mit Feuchtigkeit und/oder Wasser von außen in Kontakt zu kommen.
Die Ummantelung kann der wärmeschrumpfbaren Art oder der kaltschrumpfbaren elastischen Art sein, oder kann mit Hilfe eines Streifenbildungsschritts erhalten werden, der auch mit dem Einsatz geeigneter Abdichtungskitte kombiniert werden kann. Diese Ummantelung wird an einem Ende eines der Kabelabschnitte während eines Schrittes eingesetzt, der sowohl der Positionierung des die oben genannte Hülse tragenden rohrförmigen Trägers als auch der Bildung der Verbindung zwischen den Leiterelementen zuvorgeht.
In Übereinstimmung mit weiteren Arbeitsverfahren kann die Wiederherstellung des äußeren mechanischen Schutzes des Kabels auch unter Verwendung mehrerer Ummantelungen erreicht werden, z.B. drei an der Zahl, die so angeordnet sind, dass ein Paar von Ummantelungen auf die zuvor genannten kegelstumpfförmigen Abschnitte des Verbindungsstücks aufgebracht wird und eine weitere Ummantelung auf den im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt des Letzteren aufgebracht wird.
Im Allgemeinen bildet der Bereich, wo die beiden Kabel zum Leiten oder Zuführen elektrischer Energie miteinander verbunden sind, unweigerlich eine Unstetigkeit im Leitungs- oder Versorgungsnetzwerk und dementsprechend einen Schwachpunkt im Letzteren, auch im Hinblick auf die Komplexität des zuvor genannten Verbindungsbereichs.
Diese Komplexität ist in der Tat sowohl in der Vielzahl von Vorgängen begründet, die von dem für die Installation des Verbindungsstücks verantwortlichen technischen Personal durchgeführt werden müssen, als auch in der Struktur des Verbindungsstücks selbst, insofern als dass dessen Zusammensetzung hinsichtlich seiner Hauptkomponenten so wie weiter oben beschrieben ist.
Um einen hohen Grad an mechanischem Schutz sicherzustellen, der einen optimalen und langlebigen Betrieb gewährleistet, werden die Verbindungsstücke allgemein auf der Außenseite ihrer Struktur mit einer Schutzbeschichtung versehen, welche eine geeignete Form besitzt und aus geeigneten Materialien besteht, die den Verbindungsbereich intern umschließen.
Es ist nämlich hervorzuheben, dass insbesondere wenn die Kabel in im Boden gegrabene Gräben positioniert werden, wie es meistens der Fall ist, unweigerlich die Verbindungsstücke selbst ebenfalls innerhalb der Gräben in Position angeordnet und betriebsfähig gemacht werden müssen.
Jedoch stellen letztere eine Umgebung dar, die schwer zu kontrollieren ist, da sie aufgrund ihrer Natur begrenzte Abmessungen besitzen, angehäuftes Geröll entlang der Ränder der Aushebungen vorhanden ist und die das Verbindungsstück vorbereitenden Techniker sich in ihnen bewegen und dort arbeiten.
Unter solchen Arbeitsbedingungen passiert es häufig, dass das Geröll und/oder die Arbeitsausrüstung, die von den Technikern eingesetzt wird, aus Versehen die äußere Oberfläche der Verbindungsstücke treffen kann und z.B. Verformungen in der Schicht aus Isoliermaterial verursachen kann, welche Teil der Letzteren bilden.
Diese Verformungen sind besonders unerwünscht, da sie eine Verringerung in der Isolierfähigkeit der Schicht sowie eine Trennung der Letzteren von der halbleitenden Schicht verursachen, wodurch partielle Entladungen entstehen können, die zu einer irreversiblen Beschädigung des Verbindungsstücks führen können.
Bekannte Systeme zum Schutz der Verbindungsstücke vor der sie umgebenden Umgebung, insbesondere vor Staub und Feuchtigkeit, sehen z.B. den Einsatz besonders einfacher Behälter vor, die Schnellverschlusssysteme verwenden, wie z.B. jene der Bajonettart, welche beispielsweise in der Patentschrift US 4,684,764 beschrieben sind.
Im Stand der Technik bekannte Vorrichtungen, die konzipiert sind, um die Verbindungsstücke mit einem Schutz der mechanischen Art zu versehen, z.B. gegen zufällige Stöße, die wie erwähnt während des Verlegens und/oder der Installation auftreten können, bestehen z.B. aus steifen Behältern, die außerhalb der Verbindungsstücke positioniert werden.
Allgemein sind diese Behälter in zwei Hälften aufgeteilt, welche so geformt sind, dass sie um den Verbindungsbereich herum angeordnet werden und ihn mit dem erwünschten Schutz versehen. Darüber hinaus bestehen sie oft aus metallischem Material, z.B. Aluminium, das extern mit einem Anti-Korrosionsanstrich beschichtet ist.
Dieser Anstrich hat die Funktion, die Entwicklung jeglicher Korrosionsphänomene zu vermeiden oder zumindest zu begrenzen, welche durch lokale Verschlechterung der äußeren Oberfläche der Behälter zusätzlich zur Schwächung ihrer mechanischen Festigkeit ein unerwünschtes Einsickern von Feuchtigkeit und/oder Wasser in das Verbindungsstück erlauben würden.
Allgemein besitzen diese Behälter Abmessungen, die größer als jene des zu schützenden Verbindungsstücks sind, da es einerseits von einem wirtschaftlichen Standpunkt aus nicht praktikabel ist, Behälter mit spezifischen Abmessungen für jede Art von Verbindungsstück und zu verbindenden Kabel herzustellen, und es andererseits während der Montage notwendig ist, sicherzustellen, dass ausreichend Manövrierraum vorhanden ist, um eine korrekte und schnelle Positionierung des Schutzbehälters auf dem Verbindungsstück durchzuführen.
Im Allgemeinen wird ein Füllmaterial in die Behälter eingeführt, nämlich in den Spalt zwischen der äußeren Oberfläche der Verbindungsstücke und die Innenwände der Behälter, wobei das Füllmaterial die Funktion ausführt, eine Schutzschicht gegen zufällige, das Verbindungsstück beeinträchtigende Stöße bereit zu stellen und das Verbindungsstück-Schutzsystem mit einer größeren mechanischen Festigkeit zu versehen. Wenn notwendig wird das Füllmaterial auch so ausgewählt, dass es eine Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Wasser von außen bildet.
Im Allgemeinen ist das eingesetzte Füllmaterial ein Reaktionsharz (Duroplastharz), wie z.B. Epoxid, Polyurethan oder ein ähnliches Harz.
Die Druckschrift GB 1 497 051 beschreibt eine weitere mechanische Schutzvorrichtung für Kabelverbindungen, die aus einer wärmeschrumpfbaren elastomerischen Hülse besteht, deren innere Oberfläche mit einer Vielzahl von Verstärkungselementen länglicher Form beschichtet ist, die parallel zur Längsachse der Hülse angeordnet sind.
Die Verstärkungselemente haben allgemein die Form von Drähten, Stäben oder Streifen aus Metall-, Plastik- oder Glasfasermaterial, die nebeneinander mit Hilfe z.B. eines Klebstoffs, eines Kits oder einer Trägerschicht in Position gehalten werden.
Die Druckschrift EP 093 617 , die den nächstkommenen Stand der Technik darstellt, bezieht sich auf eine weitere mechanische Schutzvorrichtung für elektrische Kabelverbindungen, die einen Satz von länglichen Elementen, welche nebeneinander auf der äußeren Oberfläche des Verbindungsstücks gehalten werden, und eine heißschrumpfbare oder kaltschrumpfbare Hülse umfasst, die dafür konzipiert ist, um den Satz herum positioniert zu werden.
Diese Elemente, welche bevorzugt aus metallischem Material hergestellt sind, werden aneinander befestigt, um so eine Art Käfigstruktur zu bilden, indem z.B. Schnüre, Haken, Lötzonen, mit einem Haftelement versehene Trägerschichten oder flexible Streifen verwendet werden.
Aufgrund des Vorhandenseins der Vielzahl von Elementen ist diese Anordnung in der Lage, dem Profil des Verbindungsstücks zu folgen, wo Änderungen in dessen Querschnitt vorhanden sind, wodurch die Gesamtabmessungen der Kopplung zwischen der Schutzvorrichtung und dem Verbindungsstück verringert werden. Um sicherzustellen, dass solch ein Ergebnis erreicht werden kann, ist jedes der Elemente so gebildet, dass es einen im Wesentlichen geraden Verlauf entlang der im Wesentlichen zylindrischen Abschnitte des darunter liegenden Verbindungsstücks besitzt und einen divergierenden oder konvergierenden Verlauf besitzt, wo der Querschnitt des Verbindungsstücks dicker bzw. dünner wird.
Die zuvor genannte schrumpfbare Hülse, die auch weggelassen werden kann, besitzt im Allgemeinen eine Längsausdehnung, die größer als jene der Elemente ist, so dass die Hülse mit dem Strom aufwärts gelegenen Kabelabschnitt des Verbindungsstücks und einem Strom abwärts des Verbindungsstücks gelegenen Kabelabschnitt in Kontakt kommen kann, wodurch der Letztere von der Umgebung abgedichtet wird.
Die Druckschrift WO 98/52197 des selben Anmelders bezieht sich auf ein Stromübertragungskabel, das mit einer Beschichtung versehen ist, die aus expandiertem Polymermaterial hergestellt ist, wobei die Beschichtung die Funktion aufweist, das Kabel gegen zufällige Stöße zu schützen. Bevorzugt ist die expandierte Beschichtung in Kontakt mit der äußeren Polymerummantelung positioniert. Dieses Dokument hebt hervor, dass diese technische Lösung einige Vorteile im Vergleich mit einem herkömmlichen Kabel, das mit einer metallischen Ummantelung versehen ist, bereitstellt, wie z.B. die Verringerung des Gewichts und der Größe des fertigen Kabels, eine geringer Umweltbelastung im Hinblick auf das Recycling des Kabels, wenn einmal dessen Betriebszyklus vorbei ist, und dessen einfache Verarbeitung.
Die Druckschrift EP 0 967 706 bezieht sich auf eine Verbindung zwischen zwei elektrischen Kabeln, wobei die Verbindung mit einer guten Stoßwiderstandsfähigkeit aufgrund des Vorhandenseins mindestens eines zusätzlichen stoßbeständigen Schutzelements versehen ist, welches mindestens zwei Schichten umfasst: eine äußere, die aus einem harten Material hergestellt ist, um ein anfängliches Einschneiden eines den Schlag verursachenden Objekts zu verhindern, und mindestens eine innere stoßabsorbierende Schicht, die bevorzugt aus einem weichen Kunststoffschaum hergestellt ist. Das Schutzelement kann eine Hülse sein, die über das Verbindungsstück (oder ein Ende davon) aufgeschoben wird, oder kann um das Verbindungsstück herumgewickelt werden, oder kann aus zwei Halbschalen bestehen, die das Verbindungsstück umgeben, oder kann kaltschrumpfbar sein und durch Kaltschrumpfung aufgebracht werden.
Der Anmelder hat bemerkt, dass die Schutzvorrichtungen für Verbindungsstücke nach dem bekannten Stand der Technik eine Vielzahl von Nachteilen besitzen.
Um z.B. eine zufrieden stellende mechanische Stoßfestigkeit sicherzustellen, ist in dem Fall, in dem die Vorrichtung die Form eines an der Außenseite des Verbindungsstücks gelegenen Behälters aufweist, dieser Behälter allgemein aus einem Material hergestellt wird, das ausreichend steif ist, um das darin enthaltene Verbindungsstück zu schützen, z.B. aus Metall oder aus Kunststoffmaterial.
Jedoch wird dieses Merkmal als besonders ungünstig angesehen, da dieses Material aufgrund der Steifheit keine Dämpfung eines Stoßes erlaubt, der z.B. daher herrührt, dass Aushubgeröll in den Graben, wo das Kabel verlegt wird, hineinfällt, und die in dem Geröll enthaltene Energie praktisch vollständig auf das darunter liegende Verbindungsstück übertragen wird. Wenn darüber hinaus dieser Schlag besonders heftig ist, kann er eine permanente Verformung des Schutzbehälters verursachen, was dazu führt, dass er im beschädigten Bereich unwirksam wird, falls erneut zufällige Schläge im selben Bereich auftreten und zu einem kontinuierlichen Zerdrücken der Elemente des Verbindungsstücks führen, was deren Funktionsfähigkeit negativ beeinflusst.
Wie weiter oben erwähnt, ist in dem Fall, in dem der Schutzbehälter der metallischen Art ist, dieser allgemein mit einem Anti-Korrosionsanstrich beschichtet, um das Auftrete von Korrosionsphänomenen aufgrund des Angriffs durch Wasser und/oder Feuchtigkeit zu verhindern, die unweigerlich im Boden vorhanden sind.
Jedoch eliminiert der Einsatz dieses Anti-Korrosionsanstrichs nicht gänzlich dieses Risiko, da jegliches Geröll, das auf die äußere Oberfläche des Schutzbehälters fällt, unweigerlich Einschnitte auf dem Letzteren bildet, die, selbst wenn sie begrenzt sind, zur Entfernung des Anstrichs führen.
Diese Bereiche stellen daher Bereiche dar, die die Entwicklung von Korrosion begünstigen, welche sich unter besonders begünstigenden Umweltbedingungen schnell entwickeln können und die Schutzfähigkeit des Behälters negativ beeinflussen können.
Behälter der metallischen Art haben darüber hinaus keine Flexibilität in der Längsrichtung, wodurch dieser Aspekt derer Installation unter Betriebsbedingungen weniger einfach gestaltet.
Um zu verhindern, dass Wasser und/oder Feuchtigkeit sich zum zu schützenden Verbindungsstück hin ausbreiten, wie weiter oben erwähnt, sehen einige Lösungen des Stands der Technik vor, ein in den Spalt zwischen dem Behälter und die äußere Oberfläche des Verbindungsstücks zu positionierendes Füllmaterial zu verwenden. Jedoch hat die Verwendung dieses Füllmaterials einige Nachteile.
Ein erster Nachteil besteht in der Komplexität des Schutzsystems, da der Installationsvorgang einen ersten Schritt zum Anordnen des Behälters um das Verbindungsstück und einen nächsten Schritt vorsieht, während dessen das Füllmaterial in den Raum zwischen dem Verbindungsstück und dem Behälter eingeführt wird und das Material aushärten gelassen oder ausgehärtet wird, z.B. durch Verwendung von Wärme.
Dies bedeutet daher, dass der Vorgang, welchen die Vorbereitung der Schutzbeschichtung des Verbindungsstücks beinhaltet, ziemlich kompliziert ist und eine ziemlich lange Montagezeit und den Einsatz von qualifiziertem technischen Personal benötigt – wobei diese Aspekte natürlich zu einem wesentlichem Anstieg der Installationskosten führen.
Ein weiterer Nachteil besteht in der Tatsache, dass die Struktur des Schutzbehälters notwendigerweise komplizierter ist, da es notwendig ist, mindestens eine Einlassöffnung für das Beschichtungsmaterial, eine Vorrichtung zum Verschließen der Öffnung sowie ein Abdichtungssystem sowohl für die Einlassöffnung als auch für den Verbindungsbereich zwischen den beiden Halbschalen bereitzustellen, welche im Allgemeinen den oben genannten Schutzbehälter bilden.
Wenn darüber hinaus das Füllmaterial ein Duroplastharz sein sollte, wie es bei fast allen Installationsvorgängen der Fall ist, stellt dieser Aspekt aufgrund eben der Natur dieses Harzes einen weiteren Nachteil dar. Die Handhabung des Letzteren erfordert nämlich im Allgemeinen die Verwendung von geeigneten Vorsichtsmaßnahmen und ein beträchtliches Maß an Sorgfalt, da die Harze irritierend (für die Haut, Augen oder die Luftwege) und in einigen Fällen sogar giftig sind.
Es ist darüber hinaus notwendig hervorzuheben, dass die Verwendung eines Schutzbehälters entsprechend dem Stand der Technik den weiteren Nachteil hat, dass ein Vorgang erfordertlich ist, der das Zusammenfügen der beiden ihn bildenden Hälften umfasst, wobei dieser Vorgang von Hand und direkt an Ort und Stelle durchgeführt wird, nämlich im Verlegegraben und daher unter unsicheren Bedingungen mit beschränkter Bewegungsfreiheit. All dies führt zu einer Komplexität des Vorgangs und zu einer unvermeidbaren Verzögerung der Installationszeit.
Die in der Druckschrift EP 093 617 beschriebene technische Lösung, auf die oben Bezug genommen wurde, geht über das traditionelle Konzept einer Schutzvorrichtung in Form eines Behälters hinaus und schlägt die Verwendung einer Vorrichtung vor, die einen Satz von länglichen Elementen und eine zurückziehbare Hülse, die um die Letzteren herum anzuordnen ist, umfasst.
Jedoch hat diese Lösung, die auf einem vom vorherigen Stand der Technik verschiedenen Konzept basiert, ebenfalls gewisse Nachteile.
Ein erster Nachteil, der insbesondere im Hinblick auf die Erzielung einer akzeptablen mechanischen Festigkeit des Verbindungsstücks signifikant ist, besteht in der Tatsache, dass die Art der Kombinierung der oben genannten länglichen Elemente nicht die Bildung einer durchgehenden Schutzschicht erlaubt, die in der Lage ist, das gleiche Niveau an Schutz gegen Stöße über die gesamte äußere Oberfläche des Verbindungsstücks sicherzustellen.
In der Tat sind diese Elemente entlang einander in der Längsrichtung angeordnet und zwar parallel zur Längsrichtung des Verbindungsstücks, ohne eine durchgehende Schutzschicht auf der Außenseite und um den Umfang des Verbindungsstücks herum zu bilden.
Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung entsprechend der Druckschrift EP 093 617 besteht in der Tatsache, dass die länglichen Elemente, die sie formen, bevorzugt aus metallischem Material oder aus gegossenem Kunststoffmaterial hergestellt sind.
Wie weiter oben in Bezug auf die Behälter des Standes der Technik erwähnt, wird die Verwendung eines metallischen Materials zu Schutzzwecken abgelehnt, da die Vorrichtung übermäßig steif ist und nicht in der Lage ist, die Stöße zu dämpfen, denen sie ausgesetzt sein kann, wodurch praktisch die gesamte Stoßenergie auf die darunter liegenden Schichten übertragen wird.
Darüber hinaus führt die Auswahl dieser Materialien dazu, dass die Schutzvorrichtung besonders schwer ist, wodurch die Arbeitsbedingungen des für die Verbindung der Kabel verantwortlichen technischen Personals erschwert werden.
Darüber hinaus haben Kunststoffmaterialien im Allgemeinen keine hohe Beständigkeit gegen heftige Stöße, es sei denn spezielle Polymerprodukte werden verwendet.
Ein weiteres Problem, dass die Lösungen des Standes der Technik nicht in der Lage sind, auf zufrieden stellende Weise zu lösen, besteht in der Ableitung von Wärme, die in einem Verbindungsstück nach dem Durchtritt von elektrischem Strom erzeugt wird. Sollte nämlich diese Wärme nicht geeignet abgeführt werden, wird ein Erhitzungspunkt im Verteilungssystem erzeugt, wobei der Erhitzungspunkt aus dem Verbindungsstück selbst besteht. Diese Tatsache führt zu einer unerwünschten Verringerung der Stromflussrate im Kabel.
Um zumindest eine teilweise Abfuhr der Wärme sicherzustellen, erfordert die Lösung des Standes der Technik, die sich auf einen mit Füllmaterial gefüllten Behälter bezieht, dass die Dicke dieses Materials ausreichend gering sein sollte. Wenn jedoch diese Dicke besonders gering ist, wird unweigerlich die mechanische Festigkeit der Schutzummantelung geschwächt.
Der Anmelder hat daher die Notwendigkeit festgestellt, einen mechanischen Schutz für elektrische Kabelverbindungen bereitzustellen, der in der Lage ist, eine hohe mechanische Stoßfestigkeit mit besonderem Bezug auf die Installation von elektrischen Untergrundleitungen und eine optimale Abfuhr von Wärme in der Verbindungszone zu gewährleisten, wobei diese Schutzummantelung einen verringerten thermischen Widerstand besitzt, nicht negativ von bestimmten Problemen der Toxizität und/oder der Handhabung beeinflusst wird und nicht negativ das Gewicht und die Dicke der Anordnung aus Verbindungsstück/Schutzummantelung beeinflusst.
Der Anmelder hat darüber hinaus erkannt, dass ein Bedarf besteht, ein Verfahren zum Schützen von Verbindungsstücken zu entwickeln, welches auf einfache Weise und mit geringem Aufwand durch den Benutzer umgesetzt werden kann und welches keine komplexen Vorgänge erfordert, was zu Vorteilen sowohl hinsichtlich der Installationsgeschwindigkeit als auch hinsichtlich geringerer Kosten führt.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass diese Aufgabe dadurch gelöst wird, dass auf der äußeren Oberfläche des Verbindungsstücks eine Schutzummantelung aus expandiertem Polymermaterial mit einem vorbestimmten thermischen Widerstand bereitgestellt wird.
Daher bezieht sich entsprechend einem ersten Aspekt hiervon die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum mechanischen Schützen einer Verbindung zwischen mindestens zwei Komponenten, die Teil eines elektrischen und/oder Telekommunikationsnetzwerks bilden, in Übereinstimmung mit Anspruch 1.
Diese Verbindung kann in der Schutzummantelung eingeschlossen sein. Diese Verbindung kann auch mit der Schutzummantelung spiralförmig umwickelt sein.
Bevorzugt wird die Schutzummantelung erhalten, indem eine Vielzahl von separaten länglichen Körpern verkettet wird, die um die Verbindung herum angeordnet sind.
Entsprechend einem anderen Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Verbindung nach Anspruch 8.
Bevorzugt ist die Ummantelung in Bezug auf die Verbindung axial und in Umfangsrichtung durchgehend.
Diese Ummantelung hat die Form einer Bahn oder ist rohrförmig oder der modularen Art, wobei sie im letzterem Fall eine Vielzahl von um die Verbindung herum verbundenen, separaten länglichen Körpern umfasst.
Entsprechend einem weiteren Aspekt davon bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung nach Anspruch 24.
Nach einem weiteren Aspekt davon bezieht sich die Erfindung auf eine modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30.
Die Beschreibung, die im Folgenden bereitgestellt wird, bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die lediglich im Zuge einer Erklärung bereitgestellt sind und nicht gedacht sind, in irgendeiner Weise einschränkend zu sein:
1 zeigt eine teilweise axial geschnittene, schematische Seitenansicht des Verbindungsbereichs von zwei einpoligen elektrischen Kabeln nach einer Ausführungsform des Stands der Technik;
2 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Art von Schutzummantelung nach dem Stand der Technik;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines länglichen Elements entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
5 zeigt einen Querschnitt durch eine Schutzummantelung, die durch eine durchgehende Folge von länglichen Elementen der in 4 veranschaulichten Art gebildet wird.
Die folgende Beschreibung und die dazugehörigen Figuren veranschaulichen den Fall, in dem die Schutzummantelung und das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung sich auf eine elektrische Verbindung zwischen zwei elektrischen Kabeln zum Leiten und Zuführen elektrischer Energie beziehen.
Es ist jedoch hervorzuheben, dass im Allgemeinen diese Schutzvorrichtung und dieses Verfahren auf irgendeine elektrische oder optische Verbindung angewendet werden kann, die Teil eines elektrischen und/oder Telekommunikationsnetzwerks bildet.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft auch als mechanisches Schutzsystem für einen Bereich verwendet werden, wo eine Verbindung zwischen einem Kabel und irgendeinem Gerät vorhanden ist.
Wie deutlich aus der vorliegenden Beschreibung hervorgehen wird, die sich auf einen Bereich konzentriert, in dem zwei elektrische Kabel miteinander verbunden werden, werden die strukturellen Aspekte, die für die verschiedenen Arten von Verbindungsstücken charakteristisch sind, welche operativ realisiert werden können, nicht in großem Detail beschrieben, da sie sich außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung befinden, aus welchem Grund auch die in Betracht gezogene Art von Verbindungsstück keinen die Erfindung beschränkenden Aspekt darstellt.
In 1 bezeichnet Bezugsziffer 10 allgemein ein Verbindungsstück entsprechend einer Ausführungsform des Standes der Technik, das zur elektrischen Verbindung eines Pears von Kabeln 11, 12 der einpoligen Art bestimmt ist.
Wie bereits erwähnt wird dieses Verbindungsstück erhalten, in dem die Enden der Kabel 11, 12, deren zugehörige Ummantelungsschichten progressiv abisoliert wurden und die Teil der jeweiligen Leiter 13, 14 bilden, welche über einen vorbestimmten Querschnitt exponiert sind, einander koaxial zugewandt angeordnet werden.
Die Ummantelung der Kabel 11, 12 wird entfernt, indem für jedes Kabel über eine gegebene Länge nacheinander die Isolierschicht 15, 16, die äußere halbleitende Schicht 17, 18, der metallische Schirm 19, 20 und die äußere Polymerhülse 21, 22 abisoliert wird.
Wie gezeigt werden die exponierten Endabschnitte jedes Leiters 13, 14 mit Hilfe eines Elements 23, das an sich bekannt ist und z.B. aus einer Lötzone oder einem geeignetem Flämmsystem besteht, elektrisch miteinander verbunden.
Sobald die elektrische Verbindung zwischen den genannten Leitern 13, 14 durchgeführt wurde, wird der den entfernten Abschnitten des Isoliermaterials 15, 16 entsprechende Raum mit einem verformbaren, feldkontrollierenden Füllmaterial 24 gefüllt, das an sich bekannt ist.
Der Verbindungsbereich wird mit einer Hülse 25 aus elastischem Material, z.B. aus einem quervernetzen Polymermaterial, abgedeckt, welches gleitend auf eines der Kabel 11, 12 aufgepasst wird, bevor sie miteinander verbunden werden, und über dem Verbindungsbereich positioniert wird, sobald das Element 23 und das Füllmaterial 24 aufgebracht wurden.
Die Hülse 25 wird über dem Verbindungsbereich unter Verwendung bekannter Techniken freigegeben – z.B. mit Hilfe eines entfernbaren Stützelements, wie oben erwähnt – um so eine Ummantelung zu bilden, die die exponierten Abschnitte der Isolierschicht 15, 16 bedeckt.
Alternativ kann die Hülse 25 aus einem wärmeschrumpfbaren Material bestehen.
Zusätzliche Elemente 26, die dem Fachmann auch wohl bekannt sind, sind so angeordnet, dass sie mit den Enden der Hülse 25 ausgerichtet sind und die Stetigkeit des Schirms wiederherstellen, wobei die zusätzlichen Elemente 26 mit der äußeren Halbleiterschicht 17, 18 der beiden Kabel 11, 12 verbunden werden.
In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 30 insgesamt ein Verbindungsstück 31, z.B. der in 1 gezeigten Art, das mit einer Schutzummantelung 32 entsprechend dem Stand der Technik versehen ist.
Das Verbindungsstück 31 ist im größeren Detail teilweise sektioniert, so dass das Paar von Kabeln 11, 12, die miteinander verbunden sind, sichtbar ist, wobei die Kabel anders als die in 1 gezeigten der dreipoligen Art sind. Die Kerne der Kabel sind insgesamt mit den Bezugsziffern 33, 34, 35 bezeichnet.
In 2 ist es möglich, darüber hinaus die Verbindungselemente 36, 37 zu unterscheiden, die allgemein aus einem verstärktem Klebeband bestehen, welches die einzelnen Phasen im zentralen Verbindungsbereich und die äußere Hülse 38, die z.B. der wärmeschrumpfbaren Art ist und das Verbindungsstück 31 umhüllt, verbunden hält.
Die Schutzummantelung 32 umfasst einen äußeren Behälter 39 – im technischen Sprachgebrauch „Muffe" genannt – der bevorzugt aus metallischem Material hergestellt ist und der in seinem Inneren das Füllmaterial 40 aufnimmt, welches wie oben erwähnt im Allgemeinen ein Duroplastharz ist.
In 3 bezeichnet die Bezugsziffer 50 insgesamt eine Verbindung entsprechend der Erfindung, die das Verbindungsstück 31 nach 2 und eine Schutzummantelung 51 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
In Übereinstimmung mit der gezeigten Ausführungsform ist die Schutzummantelung 51 in Schichtform und kann an eine Position radial außerhalb des Verbindungsstücks 31 gewickelt werden, wie durch den Pfeil A in 3 gezeigt, wobei dadurch das Verbindungsstück darin eingeschlossen wird.
Die Schutzummantelung 51 umschließt daher das Verbindungsstück 31 und passt sich eng dem äußeren Profil und den Änderungen in dessen Querschnitt in dem Bereich an, wo die beiden elektrischen Kabel miteinander verbunden sind.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Schutzummantelung 51 unter der äußeren Hülse 38 (in 3 nicht gezeigt) positioniert, die wie erwähnt herkömmlich einer Position radial außerhalb des Verbindungsstücks 31 bei Vollendung des Letzteren angeordnet wird.
In diesem Fall wird daher die Schutzummantelung 51, sobald sie in Position ist, mit Hilfe der äußeren Hülse 38, die sie bedeckt, in ihrem korrektem Betriebszustand erhalten.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Schutzummantelung 51 über der äußeren Hülse 38 auf eine Weise angeordnet, die jener in 2 mit Bezug auf die Muffe 39 gezeigten ähnlich ist.
In diesem Fall wird die Schutzummantelung 51 in Position gehalten, indem ein geeignetes Fixiersystem verwendet wird, z.B. durch Anordnung des Klebebands entlang ihrer Umfangsausdehnung und unter vorbestimmten Abständen entlang ihrer Längsausdehnung.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt), wird die Schutzummantelung 51 erhalten, indem zumindest zwei aufeinander folgende Wicklungen des durchgehenden Bands bereitgestellt werden, um zumindest ein Paar von übereinander liegenden durchgehenden Schichten zu bilden. Diese Ausführungsform kann in Betracht gezogen werden, wo es in besonders kritischen Betriebsbedingungen notwendig ist, eine besonders hohe mechanische Festigkeit sicherzustellen.
Mit Bezug auf 4 und 5 ist eine Schutzummantelung 60 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die Schutzummantelung 60 (in 5 gezeigt) umfasst eine Vielzahl von länglichen Körpern 52, die im Wesentlichen parallel zueinander und koaxial in Bezug auf die Achse der verbindenden Kabel angeordnet sind, wobei sie verbunden sind, um die oben genannte Schutzummantelung 60 in einer Position radial außerhalb des Verbindungsstücks 31 zu bilden.
Zu Zwecken der vorliegenden Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche ist der Begriff „durchgehende Schutzummantelung" so zu verstehen, dass damit eine gleichmäßige und ununterbrochene Schutzummantelung sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung über die gesamte Ausdehnung des Verbindungsbereichs gemeint ist. Dies bedeutet, dass es keine Abschnitte des Verbindungsbereichs gibt – selbst von begrenzter Ausdehnung – an denen die Schutzummantelung fehlt.
Daher ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Schutzummantlung nicht notwendiger Weise in Form eines durchgehenden Bands (einer durchgehenden Bahn) 51 hergestellt, sondern kann auch erhalten werden, indem eine Vielzahl getrennter Körper 52 miteinander verbunden wird, vorausgesetzt, dass diese Verbindung in jedem Fall eine Schutzummantelung der durchgehenden Art bildet, welche die äußere Oberfläche des Verbindungsstücks komplett bedeckt.
Wie bereits erwähnt, zeigt 4 eine perspektivische Ansicht einer bestimmten Ausführungsform der länglichen Körper 52, deren Verbindung miteinander zur Bildung der Schutzummantelung 60 führt, und deren Ausdehnung in Umfangsrichtung durch die gestrichelten Linien in 5 gezeigt ist.
Die länglichen Körper 52, im Querschnitt betrachtet, besitzen im Wesentlichen die Form eines Y, was sich als besonders vorteilhaft für eine schnelle, einfache und effiziente Verbindung der Körper miteinander erwiesen hat.
Im größeren Detail bilden die divergierenden und leicht abgerundeten Abschnitte 53, 54 des Y ein gekrümmtes Profil, das mit dem Basisabschnitt 56 des Y zusammenpasst.
Auf diese Weise ist daher das äußere gekrümmte Profil 57 des Basisabschnitts 56 eines gegebenen länglichen Körpers 52 in der Lage, mit dem gekrümmten Profil 55 eines ihm vorangehenden Körpers 52 in Bezug auf die Eingriffsrichtung, die mit dem Pfeil B in 5 gezeigt ist, zusammenzupassen.
Darüber hinaus ist die Längsausdehnung der Körper 52 in der Richtung X der 4 der Gestalt, dass das Zusammenverbinden der Körper es erlaubt, den Verbindungsbereich über dessen gesamte Ausdehnung zu umhüllen.
Jeder Basisabschnitt 56 bildet, sobald er zwischen die divergierenden Abschnitte 53, 54 eines benachbarten Körpers 52 eingesetzt wird, einen Gelenkpunkt für die Ausdehnung in Umfangsrichtung der Schutzummantelung 60, da das oben genannte Profil 55 teilweise frei ist, entlang des oben genannten äußeren gekrümmten Profils 57 des Basisabschnitts 56 zu gleiten.
Wie klar aus der 5 ersichtlich ist, ist dieser Gleitvorgang nur partial, da die Enden der divergierenden Abschnitten 53, 54 nicht über die Bereiche 61 hinaus verschoben werden können, wo die divergierenden Abschnitte 53, 54 am Basisabschnitt 56 angeschlossen sind.
In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform besitzt die Schutzummantelung 60 ein besonders vorteilhaftes modulares Merkmal, da sie leicht und schnell auf jede Art und Größe von Verbindung angepasst werden kann.
In 5 ist das Verbindungsstück 31, das mit einer Schutzummantelung 60 in einer Position radial auf der Außenseite davon gezeigt ist und mit Hilfe der sequentiellen Anordnung der Vielzahl länglicher Körper 52 erhalten wurde, nicht im Detail gezeigt, und der in gestrichelten Linien in der Figur gezeigte Abschnitt bezeichnet allgemein dessen äußere Umfangsabmessungen in einem Querschnitt davon.
Die durchgehende Schutzummantelung 60 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann z.B. erhalten werden, indem der Abschnitt 58 eines ersten Körper 52, nämlich der dem Basisabschnitt 56 des Y entsprechende Abschnitt unter Druck in den Raum eingesetzt wird, der von den Abschnitten 59 eines zweiten, dem ersten Körper vorangehenden/nachfolgenden Körpers 52 definiert wird, nämlich den Abschnitten, die den divergierenden Abschnitten 53, 54 des Y entsprechen.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform wird der Abschnitt 58 eines ersten Körpers 52, anstatt unter Druck in den von den Abschnitten 59 des zweiten Körpers 52 gebildeten Raum eingeschoben zu werden, mit Hilfe von einfachem Gleiten in den Raum eingeführt.
Wie aus 5 ersichtlich ist, erlaubt die besondere Geometrie der länglichen Körper 52 die Bildung einer Schutzummantelung 60, die die äußere Oberfläche des Verbindungsstücks 31 gänzlich umgibt.
Wenn daher zufällig Geröll das Verbindungsstück 31 treffen sollte, stellt die Schutzummantelung 60 entsprechend der vorliegenden Erfindung einen durchgehenden Schutz auch in den Bereichen zur Verbindung eines Körpers 52 mit jenen Körpern sicher, die ihm vorangehen bzw. nachfolgen.
Die besondere Geometrie der in 4 gezeigten länglichen Körper 52 stellt eine der möglichen Lösungen dar, die angenommen werden können, um eine Schutzummantelung 60 der modularen Art zu bilden. Z.B. können die divergierenden Arme 53, 54 des länglichen Körpers 52, anstatt ein Verbindungsprofil 55 der gekrümmten Art zu besitzen, ein Profil in Form eines Schwalbenschwanzes oder eines Pfeils besitzen. Auf ähnliche Weise muss der Basisabschnitt 56 des Y auch mit einer Gestaltung versehen werden, die mit den divergierenden Armen zusammenpasst.
Die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auf einfache und schnelle Weise direkt an Ort und Stelle eingesetzt, nämlich in der Aushubgrube, und zwar durch das den Verbindungsvorgang durchführende Personal.
Im Fall, in dem die Schutzummantelung in Bahnform ist (in 3 gezeigt), wird sie unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren um die Verbindung gewickelt.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Bahn nicht eine Länge gleich der Längsausdehnung der Verbindung und eine Breite mindestens gleich dem Umfangsprofil der Letzteren, um die Verbindung mit einer einzigen Wicklung abzudecken, sondern hat Abmessungen, so dass sie spiralförmig um die Verbindung gewickelt werden kann, um so eine Art von Bandanordnung mit einer vorbestimmten teilweisen Überlappung ihrer Kanten zu bilden.
Wenn jedoch die Schutzummantelung unter Verwendung einer Vielzahl länglicher Körper gebildet wird, werden die Letzteren wie bereits erwähnt direkt in Position miteinander verbunden, wobei sie eine Anzahl aufweisen, so dass sie die Erstreckung in Umfangsrichtung der Verbindungszone abdecken.
In dieser Ausführungsform kann die Vervollständigung der Schutzummantelung dadurch erreicht werden, dass der erste und der letzte der länglichen Körper miteinander verbunden werden, wenn notwendig unter Bildung einer Ausdehnung in Umfangsrichtung, die geringfügig größer als jene des Verbindungsstücks ist, oder indem ein Überlappungsstück zwischen dem ersten Körper und dem letzten Körper bereitgestellt wird, wobei das Überlappungsstück mit Hilfe geeigneter Fixierelemente wie z.B. Klebeband fixiert wird.
Die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist daher in der Lage, ein doppeltes Ziel zu erreichen: nämlich das Verbindungsstück mit einem System zum mechanischen Schutz gegen Stöße zu versehen und eine korrekte Wärmeübertragung zwischen dem Verbindungsstück und der äußeren Umgebung sicherzustellen, um die Bildung eines Hitzepunkts – d.h. des Verbindungsstücks selbst – im System zum Leiten und Zuführen elektrische Energie zu verhindern.
Hinsichtlich des ersten oben genannten Ziels, wie bereits im Laufe der vorliegenden Beschreibung erwähnt, erfordert ein Verbindungsstück für elektrische Kabel im Hinblick auf die besonders schwierige Installationsumgebung eine Schutzummantelung, die die strukturale Integrität der Verbindung sowohl während der Installationsphase, die besonders kritisch ist, als auch während des Betriebs der Verbindung beibehält.
Die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung stellt aufgrund der verwendeten Materialart und des entwickelten geometrischen Designs einen optimalen mechanischen Schutz sicher, während ein minimales Gewicht und minimale Abmessungen beibehalten werden, wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Beschreibung klarer erläutert werden wird.
Hinsichtlich des zweiten oben genannten Ziels muss bedacht werden, dass im Allgemeinen der Fluss eines elektrischen Stroms in einem Leiter unweigerlich zu einer Erwärmung des Leiters führt, die proportional zum Quadrat der Stromstärke ist. Daher tritt nach dem Fluss des Stroms ein Anstieg in der Temperatur des Kabels auf.
Dementsprechend ist es für denselben Querschnitt des Leiters und auf Grundlage der erwünschten im System zu fließenden Stromstärke die Aufgabe des Designers, das Material der Isolierschicht des Kabels geeignet zu wählen, so dass diese Temperatur – d.h. die maximal erlaubbare Temperatur – nicht überschritten wird, um eine Verschlechterung der elektrischen/mechanischen Eigenschaften der Schicht zu vermeiden.
Darüber hinaus hängt dieser Anstieg in der Temperatur auch vom thermischen Widerstand des Kabel/Verbindungsstück/Schutzummantelungssystems ab, der ausreichend klein sein muss, so dass ein geeigneter Wärmeaustausch mit dem Äußeren stattfindet und die oben genannte maximal erlaubbare Temperatur nicht überschritten wird.
Im Allgemeinen ist in einem Verbindungsstück für elektrische Kabel unter Betriebsbedingungen die Situation, die erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom in den Leitern fließt, ähnlich jener oben mit Bezug auf ein Kabel beschriebenen Situation.
Jedoch muss die Dicke der Isolierschicht eines Verbindungsstücks größer als die entsprechende Dicke der Isolierschichten der zu verbindenden Kabel sein.
Diese Notwendigkeit wird durch die Tatsache begründet, dass, anders als ein Kabel, das in einer kontrollierten Umgebung und unter Verwendung eines Durchlaufverfahrens (z.B. Extrusion) hergestellt wird, ein Verbindungsstück direkt an Ort und Stelle hergestellt wird und eine wesentliche Menge an manueller Arbeit für dessen Herstellung erfordert.
In Fall eines Verbindungsstücks ist daher die Arbeitsumgebung nicht kontrolliert – z.B. ist sie durch Staub und Feuchtigkeit kontaminiert – und darüber hinaus werden die Verbindungsvorgänge von Hand durchgeführt und sind dementsprechend weniger präzise und besitzen ein höheres Kontaminationsrisiko der Materialien, die das Verbindungsstück bilden.
Es ist hervorzuheben, dass diese Kontamination besonders schädlich ist, da sie eine Verschlechterung in den elektrischen Eigenschaften der Isolierschicht erzeugt, mit einer dementsprechenden Verringerung des Werts der erlaubten elektrischen Belastung der Schicht.
Um daher einen ausreichenden Sicherheitsspielraum zu gewährleisten, wird die Dicke der Isolierschicht eines Verbindungsstück im Allgemeinen im Vergleich zur Dicke der Isolierschicht eines Kabels vergrößert.
Da jedoch wie oben hervorgehoben, der thermische Widerstand mit der Zunahme der Dicke ansteigt, hat die Isolierschicht des Verbindungsstücks bei gleichen eingesetzten Material einen thermischen Widerstand, der größer als jener der Isolierschicht der elektrischen Kabel in den Kabelabschnitten Strom aufwärts und Strom abwärts des Verbindungsbereichs ist.
Das Ergebnis dieses Umstands ist, dass nach dem Fließen eines elektrischen Stroms und dem daraus folgenden, oben genannten Temperaturanstieg, der Temperaturunterschied zwischen dem Leiter und der äußeren Umgebung größer im Verbindungsstück als in den Kabeln ist. In anderen Worten unterliegt bei dem gleichen im Leiter fließenden Strom das Verbindungsstück einem größeren Grad an Erwärmung als die Kabel.
Dieser Aspekt ist besonders kritisch, da, wie bereits erwähnt, sollte die maximal erlaubbare Temperatur des Isolationsmaterials des Kabels im Verbindungsstück erreicht werden, es notwendig sein würde, die Stromdichte auf der Leitung und dementsprechend die Stromleitfähigkeit im System zu verringern, um eine Verschlechterung in den elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Verbindungsstücks zu verhindern.
Dieser Effekt wird weiter verstärkt, wenn das Verbindungsstück mit einem mechanischem Schutzsystem versehen ist, welches keinen optimalen Wärmeaustausch zwischen dem Leiter und der äußeren Umgebung erlaubt.
In diesem Fall würde nämlich der Temperaturanstieg im Verbindungsstück so sein, dass er eine nicht akzeptable Beschränkung der Stromleitfähigkeit des Systems auferlegen würde.
Um einen zufrieden stellenden Wärmeaustausch sicherzustellen, wie bereits weiter oben erwähnt, wird ein Füllmaterial mit einem niedrigen spezifischen thermischen Widerstand in die Schutzbehälter für Verbindungsstücke des Standes der Technik eingeführt.
Jedoch kann die Dicke dieses Füllmaterials nicht übermäßig verringert werden, da der äußere Schutzbehälter, der allgemein aus metallischem Material hergestellt ist, nicht in der Lage ist, die Stöße zu dämpfen, die fast gänzlich auf die darunter liegenden Schichten übertragen werden.
Eine große Dicke des Füllmaterials einerseits erlaubt daher eine größere Dämpfung der Stöße, führt jedoch andererseits zu einem Anstieg des thermischen Widerstands des Systems – aufgrund der vergrößerten Dicke – und zu größeren Gesamtabmessungen der Anordnung aus Verbindungsstück/Schutzbehälter.
Die Schutzummantelung aus expandiertem Polymermaterial entsprechend der vorliegenden Erfindung stellt jedoch eine hervorragende mechanische Widerstandsfähigkeit sicher, die über die gesamte äußere Oberfläche des Verbindungsstücks wirksam ist – aufgrund der durchgehenden Ummantelung – während sie extrem geringe Dicken der Ummantelung erlaubt, die eine Verringerung des thermischen Widerstands des Systems als Ganzes erlauben. Auf diese Weise überschreitet die Temperatur des Kabels im Verbindungsstück nicht die maximal erlaubbare Temperatur des Kabels in Abschnitten weit entfernt vom Verbindungsstück und dementsprechend wird vom Verbindungsstück keine Beschränkung der Stromleitfähigkeit des Systems auferlegt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung besitzt die Schutzummantelung eine Dicke zwischen 3 mm und 25 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 15 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 10 mm.
Die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung wird aus einem expandiertem Polymermaterial hergestellt, wobei dieser Begriff so zu verstehen ist, dass er ein Polymermaterial mit einem vorbestimmten Prozentanteil an „freiem" Raum innerhalb des Materials bedeutet, nämlich einem Raum, der nicht von dem Polymermaterial, sondern von Gas oder von Luft eingenommen wird.
Allgemein wird dieser Prozentanteil an freiem Raum in einem expandierten Polymer mit Hilfe des sog. „Expansionsgrads" (G) ausgedrückt, der wie folgt definiert ist: G = (d0/de – 1)·100wobei d₀ die Dichte des nicht expandiertem Polymers anzeigt und d_e die gemessene scheinbare Dichte des expandierten Polymers anzeigt.
Die Schutzummantelung aus expandiertem Polymermaterial entsprechend der vorliegenden Erfindung wird aus einem expandierbaren Polymer erhalten, das wahlweise nach der Expansion der Quervernetzung unterworfen wird, wie in größerem Detail im Verlauf der vorliegenden Beschreibung gezeigt wird.
Dieses expandierbare Polymer kann ausgewählt werden aus der Gruppe, die umfasst: Polyolefine, Copolymere verschiedener Olefine, ungesättigte Ester/Olefin Copolymere, Polyester, Polycarbonate, Polysulphone, Phenolharze, ureische Harze und deren Mischungen. Beispiele geeigneter Polymere sind: Polyethylen (PE), insbesondere Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MPDE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und lineares Polyethylen geringer Dichte (LLDPE); Polypropylen (PP); elastomerische Ethylen-Propylen Copolymere (EPM) oder Ethylen-Propylen-Dien Terpolymere (EPDM); Naturgummi; Butylgummi; Ethylen/Vinylester Copolymere, z.B. Ethylen/Vinylacetat (EVA); Ethylen/Acrylat Copolymere, insbesondere Ethylen/Methylacrylat (EMA), Ethylen/Ethylacrylat (EEA), Ethylen/Butylacrylat (EBA); Ethylen/α-Olefin thermoplastische Copolymere; Polystyrol; Acrylonitril-Butadien-Sytrol (ABS)-Harze; halogenierte Polymere, insbesondere Polyvinylcholrid (PVC); Polyurethan (PUR); Polyamide; aromatische Polyester, wie z.B. Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT); und deren Copolymere oder mechanische Mischungen davon.
Bevorzug ist das Polymermaterial ein polyoleofinisches Polymer oder Copolymer, das auf Ethylen und/oder Propylen basiert, und insbesondere ausgewählt ist aus:

(a) Copolymere von Ethylen mit einem ethylenisch ungestättigten Esther, z.B. Vinylacetat oder Butylacetat, bei denen die Menge an ungestättigtem Esther allgemein zwischen 5 Gewichtsprozent und 80 Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 10 Gewichtsprozent und 50 Gewichtsprozent liegt;
(b) Elastomerischen Copolymeren von Ethylen mit mindestens einem C₃-C₁₂-α-Olefin und wahlweise einem Dien, bevorzugt Ethylen-Propylencopolymere (EPR) oder Ethylen-Propylen-Dien (EPDM) mit bevorzugt der folgenden Zusammensetzung: 35–90 mol% Ethylen, 10–65 mol% α-Olefin, 0–10 mol% Dien (z.B. 1,4 Hexadien oder 5-Ethyliden-2-Norboren);
(c) Copolymere von Ethylen mit mindestens einem C₉-C₁₂-α-Olefin, bevorzugt 1-Hexen, 1-Okten und ähnlichem, und wahlweise einem Dien, allgemein mit einer Dichte zwischen 0,86 g/cm³ und 0,90 g/cm³ und der folgenden Zusammensetzung: 75–97 mol% Ethylen, 3–25 mol% α-Olefin, 0–5 mol% eines Diens;
(d) Polypropylenen, die mit Ethylen/C₃-C₁₂-α-Olefin Copolymeren modifiziert sind, bei denen das Gewichtsverhältnis zwischen Polypropylen und dem Ethylen/C₃-C₁₂-α-Olefin Copolymer zwischen 90/10 und 30/70, bevorzugt zwischen 50/50 und 30/70 beträgt.

Z.B. sind die kommerziellen Produkte Elvax^® (Du Pont), Levapren^® (Bayer), Lotryl^® (Elf-Atochem) in Klasse (a) eingeschlossen, die Produkte Dutral^® (Enichem) oder Nordel^® (Dow-Du Pont) in Klasse (b), und die Produkte Engage^® (Dow-Du Pont) oder Exact^® (Exxon) in Klasse (c), während das mit Ethylen/α-Olefin Copolymeren modifizierte Polypropylen auf dem Markt unter dem Handelsnamen Moplen^® oder Hifax^® (Montell) oder Fina-Pro^® (Fina) und ähnlichem gefunden werden kann.
In Klasse (d) sind die thermoplastischen Elastomere besonders bevorzugt, die eine durchgehende Matrix eines thermoplastischen Polymers, z.B. Polypropylen, und kleine Partikel (allgemein mit einem Durchmesser der Größenordnung von 1–10 μm) eines vulkanisierten elastomerischen Polymers, z.B. quervernetztes des EPR oder EPDM in der thermoplastischen Matrix dispergiert umfassen. Das elastomerische Polymer kann in die thermoplastische Matrix im nicht vulkanisierten Zustand eingeführt werden und daher während des Prozesses durch Zugabe einer geeigneten Menge von Quervernetzungsmittel dynamisch quervernetzt werden. Alternativ kann das elastomerische Polymer separat vulkanisiert werden und danach in der thermoplastischen Matrix in Form kleiner Partikel dispergiert werden. Thermoplastische Elastomere dieser Art sind z.B. in den Druckschriften US 4,104,210 oder EP 324 430 beschrieben.
Unter den Polymermaterialien wird hochschmelzfestem Polypropylen besonderer Vorzug gegeben, das z.B. im US Patent 4,916,198 beschrieben ist und kommerziell unter den Handelsnamen Profax^® und Higran^® (Montell S.p.A.) erhältlich ist. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zur Herstellung dieses Polypropylens mit Hilfe eines Schrittes, der die Bestrahlung eins linearen Polypropylens umfasst, das mit Hilfe von hochenergetischer ionisierender Strahlung für einen ausreichenden Zeitraum vorgeformt wurde, um die Bildung einer wesentlichen Menge von langen Zweigen in der Kette zu verursachen, wobei diesen Schritt bei Vollendung darüber hinaus eine geeignete Behandlung des bestrahlten Materials folgt, um im Wesentlichen alle im bestrahlten Material vorhandenen freien Radikale zu deaktivieren.
Besonders bevorzugt wird unter den Polymermaterialien einer Polymerverbindung besonderer Vorzug gegeben, die das oben genannte Polypropylen mit einem hohen Grad an Verzweigung umfasst, in einer Menge im Allgemeinen zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent, in einer Mischung mit einem thermoplastischen Elastomer, der zur oben genannten Klasse (d) gehörenden Art, in einer Menge von allgemein zwischen 30 und 70 Gewichtsprozent, wobei die Prozentanteile in Bezug auf das Gesamtgewicht der Polymerverbindung angegeben werden.
Die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe verschiedener Techniken hergestellt werden, z.B. mit Hilfe von Spritzgießen oder Extrusion.
In diesem Vorgang wird z.B. bevorzugt, wenn die Schutzummantelung entsprechend der Erfindung in der Form eines um das zu schützende Verbindungsstück herzuwickelnden Bandes ist.
Wenn jedoch die Schutzummantelung erhalten wird, indem eine Vielzahl von länglichen Körpern miteinander verbunden werden, werden die Letzteren bevorzugt mit Hilfe von Extrusion geformt und danach zugeschnitten.
Mit Hilfe der Extrusion ist es auch möglich, eine Schutzummantelung in Rohrform (weitere nicht gezeigte Ausführungsform) zu erzeugen, die keinen Umwickelungsvorgang erfordert, die jedoch zuvor auf ein Ende eines Kabels ohne Verbindungsschritt aufgesetzt werden muss, so dass sie im Folgenden auf die äußere Oberfläche des Verbindungsstücks aufgepasst wird.
Mit einem Extrusionsvorgang ist es auch möglich, Körper zu erhalten, die einen Querschnitt mit jeglicher erforderlichen geometrischen Form besitzen, z.B. jener in 4 veranschaulichten.
Um den Extrusionsvorgang zu erleichtern, der an sich herkömmlich und daher im Folgenden nicht detailliert beschrieben wird, können die Körper mit einem mittleren, im Allgemeinen metallischen Kern versehen werden.
Der Letztere hat die Funktion eines Trägerelements, welches während der Extrusion des expandierten Polymermaterials durch die Zugkraft einer Zugvorrichtung – z.B. einer Zugwinde – beaufschlagt wird, die konzipiert ist, um das durchgehende extrudierte Produkt vor dem zuvor genannten Vorgang mit dem Zuschneiden aufzunehmen.
Dieser mittlere Kern kann danach entfernt werden, wobei ein Durchloch im Abschnitt 58 jedes Körpers 52 gelassen wird und wobei dieses Loch den Abschnitt mit einer größeren Elastizität versieht, was besonders während der Verbindung der Körper vorteilhaft ist.
Die Expansion des Polymermaterials wird während des Extrusions- oder Gießschritts durchgeführt und kann entweder chemisch durch Zugabe eines geeigneten Expansionsmittels, d.h. eines Mittels, das in der Lage ist, unter gegebenen Druck- und Temperaturbedingungen ein Gas zu erzeugen, oder physikalisch mit Hilfe von Einspritzen eines Hochdruckgases direkt in den Extrusionszylinder stattfinden.
Beispiele geeigneter Expansionsmittel sind: Azodicarbamid, Para-Toluensulfonyl Hydrazit, Mischungen organischer Säuren (z.B. Zitronensäure) mit Karbonaten und/oder Bikarbonaten (z.B. Natriumbikarbonat), und ähnliches.
Beispiele von Gasen, die unter hohem Druck in den Extrusionszylinder eingespritzt werden können, sind: Stickstoff, Kohlendioxid, Luft, niedrig siedende Kohlenwasserstoffe, z.B. Propan oder Butan, halogenierte Kohlenwasserstoffe, z.B. Methylenchlorid, Trichlorofluoromethan, 1-Chloro-1,1-Difluoroethan und ähnliches oder deren Mischungen.
Es ist beobachtet worden, dass für dieselben Extrusionsbedingungen (wie z.B. Rotationsgeschwindigkeit der Schraube, Geschwindigkeit der Extrusionsanlage, Durchmesser des Extrusionskopfes) eine der Prozessvariablen, die am meisten den Expansionsgrad beeinflusst, die Extrusionstemperatur ist. Allgemein ist es in dem Fall von Extrusionstemperaturen unter 130° schwierig, einen ausreichenden Expansionsgrad zu erhalten; die Extrusionstemperatur ist bevorzugt mindestens 140°C, insbesondere ungefähr 180°C. Normalerweise entspricht ein größerer Expansionsgrad einem Anstieg in der Extrusionstemperatur.
Darüber hinaus ist es möglich, zu einem gewissen Ausmaß den Expansionsgrad des Polymers zu steuern, indem die Kühlgeschwindigkeit eingestellt wird. Indem nämlich die Kühlung des Polymers, das die expandierte Ummantelung am Extruderausgang bildet, geeignet verzögert oder vorgezogen wird, ist es möglich, den Expansionsgrad des Polymers zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann der Expansionsgrad von 5% bis 500%, bevorzugt von 30% bis 300% und besonders bevorzugt zwischen 40% und 150% variieren.
Wie bereits oben erwähnt kann das expandierte Polymermaterial quervernetzt sein oder nicht. Die Quervernetzung wird nach dem Extrusionsschritt oder dem Guss- und Expansionsschritt unter Verwendung bekannter Techniken durchgeführt, insbesondere durch Erwärmung mit einem freien Radikale enthaltenen Initiator, z.B. einem organischen Peroxid wie z.B. Dicumylperoxid.
Alternativ ist es möglich, die Quervernetzung unter Verwendung von Silanen durchzuführen, was die Verwendung eines Polymers vorsieht, welches zu der oben genannten Gruppe gehört, insbesondere ein Polyolefin, an dem die Silaneinheiten, welche mindestens eine hydrolisierbare Gruppe, wie z.B. Trialkoxysilangruppen und insbesondere Trimethoxysilan umfassen, kovalent gebunden sind. Die Bindung der Silaneinheiten kann mit Hilfe einer Reaktion über freie Radikale mit den Silanverbindungen durchgeführt werden, wie z.B. Methyltriethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Vinyldimethoxysilan und ähnliches. Die Quervernetzung wird unter Vorhandensein von Wasser und eines Quervernetzungskatalysators durchgeführt, z.B. eines organischen Titanats oder eines metallischen Karboxylats. Dibutyltindilaureat (DBTL) ist besonders bevorzugt.
Die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist auf jeder Art von Verbindung anwendbar, sowie auf jede Art von zu verbindendem Kabel, sei es ein Kabel zum Leiten oder Zuführen von Energie oder ein Datenübertragungskabel oder ein Telekommunikationskabel oder ein Kabel der gemischten Energie-/Telekommunikationsart. In diesem Sinn ist daher der Begriff „Leiter" so zu verstehen, dass er einen Leiter der metallischen Art mit einer kreisförmigen oder segmentartigen Gestaltung meint, oder der optische Fasern umfasst oder der gemischten elektrischen/optischen Art ist.
Beispiel 1
Eine Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung, z.B. jener der in 4 gezeigten Art, wurde unter Verwendung eines Polymermaterials hergestellt, das im Handel unter dem Namen HIGRAN SD 817^® (hergestellt von Montell S.p.A.) bekannt ist. Dieses Material ist ein Polypropylen hoher Schmelzfestigkeit, das mit einem Ethylen/Propylengummi in einem Gewichtsprozentverhältnis von 80/20 gemischt ist.
Diese Ummantelung wurde durch Extrusion unter Verwendung eines 80 mm Einzelschraubenextruders in einer 25 D Konfiguration mit einer Rotationsgeschwindigkeit der Schraube gleich 15 Umdrehungen pro Minute hergestellt.
Im Extruder und im Extrusionskopf wurde das in Tabelle 1 gezeigte thermische Profil verwendet.
Tabelle 1
Die Temperatur der Schmelze betrug ungefähr 210–220°C.
Die Expansion des Polymermaterials wurde chemisch erhalten, indem in den Trichter des Extruder (mit Hilfe einer durch eine gravimetrische Messvorrichtung gesteuerten Zuführschraube) das Expansionsmittel Hydrocerol^® BIH40 (Zitronensäure/Natriumbikarbonat), hergestellt von Clariant, in einer Menge gleich 1,5 Gewichtsprozent in Bezug auf das zu Grunde liegende Polymermaterial hinzugefügt wurde.
Die so erhaltene Schutzummantelung hatte eine Dicke von ungefähr 10 mm.
Diese Ummantelung wurde dann auf die äußere Oberfläche, d.h. auf die äußere Polymerhülse eines herkömmlichen Verbindungsstücks des Einzelphasen-Elaspeed^®-Typs aufgebracht, das zum Verbinden eines Paars von einpoligen elektrischen Kabeln mit einem Kupferleiter verwendet wird, welche einen Querschnitt von 150 mm² und eine Betriebsspannung von 20 kV besitzt.
Die Gesamtlänge des Verbindungsstücks betrug ungefähr 800 mm und sein äußerer Durchmesser betrug ungefähr 50 mm. Der äußere Durchmesser der Schutzummantelung betrug ungefähr 70 mm.
Stoßbeständigkeitstest
Die mechanische Stoßfestigkeit des oben genannten Verbindungsstücks, das mit der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung versehen wurde, wurde bewertet, indem Stoßtests in mehreren Bereichen des Verbindungsstücks durchgeführt wurden, und danach der Schaden ausgewertet wurde. Diese Auswertung wurde mit Hilfe einer visuellen Analyse des Verbindungsstücks an jedem Punkt des Stoßes und mit Hilfe einer Messung des Widerstands der Isolierung des Verbindungsstücks durchgeführt.
Dieser Test wurde in Übereinstimmung mit dem CENELEC Standard Nr. HD 628 S1 vom Dezember 1995 durchgeführt, der die Positionierung eines Verbindungsstücks auf einer steifen Unterlage in einer horizontalen Position in Bezug auf diese vorsieht, nämlich mit der Längsachse des Verbindungsstücks parallel zur Unterlage. Wenn notwendig kann Sand um das Verbindungsstück herum angeordnet werden, um dem Verbindungsstück – im Hinblick auf Variationen im Querschnitt, die es charakterisieren – während des Tests eine größere Stabilität zu verleihen.
Vor dem tatsächlichen Stoßtest wurde der Widerstand der Isolierung des Verbindungsstücks in Übereinstimmung mit den im zuvor genannten Standard angezeigten Verfahren gemessen.
Danach wurde ein Stoßkeil mit einem V-förmigen Ende mit leicht abgerundeter Form (Krümmungsradius 2 mm) von der derselben Höhe (1000 mm) auf drei verschiedene Bereiche des Verbindungsstücks fallengelassen. Genauer gesagt wurde der Stoßkeil so positioniert, dass er beide Enden des Verbindungsstücks trifft, und zwar an dem Punkt, wo der Querschnitt des Verbindungsstücks sich zu ändern beginnt, und an einer mittleren Position, die in Bezug auf den Verbindungsbereich mittig ist. Um verschiedene Stoßkräfte (J) zu erzeugen, wurden Stoßkeile mit unterschiedlichen Gewichten verwendet.
Das Verbindungsstück wurde 24 Stunden lang in Wasser getaucht und die Messung des Widerstands der oben genannten Isolierung des Verbindungsstücks wurde wiederholt, wobei die Messung denselben Wert aufzeichnete wie zu Beginn des Tests.
Am Ende der Tests wurde die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung in den Stoßbereichen entfernt und die äußere Polymerhülse und die Isolierummantelung des Verbindungsstücks wurden analysiert, um visuell das Vorhandensein irgendeiner Restverformung aufgrund des Stoßes des Keils zu beurteilen.
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Messung der thermischen Leitfähigkeit
Wie genauer aus der weiteren Beschreibung hervorgehen wird, wurden die Messungen der thermischen Leitfähigkeit auf dem verwendeten Material durchgeführt, um in der Lage zu sein, den thermischen Widerstand der Schutzummantelung entsprechend der Erfindung zu berechnen.
Diese Messungen wurden auf Grundlage des Standards ASTM E 1530 durchgeführt.
Bei der maximalen Betriebstemperatur eines Verbindungsstücks, ungefähr gleich 80°C, und für einen Expansionswert des oben genannten Materials gleich 45% wurde ein thermischer Leitfähigkeitswert von 0,11 W/°C·m erhalten.
Da der thermische Widerstand gleich dem Kehrwert der thermischen Leitfähigkeit ist, hatte der oben erhaltene thermische Leitfähigkeitswert einen entsprechenden thermischen Widerstandswert von 9°C·m/W.
Beispiel 2 (Vergleich)
Auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 wurde ein einphasiges Elaspeed^®-Verbindungsstück (derselben Art wie jenes in Beispiel 1 verwendete) bereitgestellt, und zwar in einer Position radial außerhalb des Letzteren, mit einem Schutzbehälter des bekannten Stands der Technik.
Genauer gesagt bestand dieser Behälter aus einer Aluminiummuffe mit einem Innendurchmesser von 110 mm, die mit einem Polyurethanharz mit einem für dieses Material typischen thermischen Widerstand von 6,5°C·m/W gefüllt war. Die Dicke des Harzes innerhalb der Muffe betrug 30 mm.
Dieses Verbindungsstück wurde dann auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben den Stoßbeständigkeitstests unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Weiter unten in der vorliegenden Beschreibung wurde der thermische Widerstandswert der oben genannten Harzschicht berechnet und mit dem thermischen Widerstandswert der Schutzummantelung entsprechend der Erfindung verglichen.
Beispiel 3 (Vergleich)
Stoßbeständigkeitstest, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden auch auf einem einphasigen Elaspeed^®-Verbindungsstück (derselben Art wie jenes in den beiden vorangehenden Beispielen verwendet) durchgeführt, jedoch ohne irgendeine Schutzummantelung. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Die Ergebnisse der Stoßtests zeigen, dass die Schutzummantelung entsprechend der Erfindung für dieselbe aufgebrachte Stoßkraft eine mechanische Festigkeit sicherstellt, die größer oder gleich jener ist, die von den Schutzvorrichtungen entsprechend dem Stand der Technik bereitgestellt werden.
Insbesondere zeigen die erhaltenen Ergebnisse, wie ein mit einer Schutzummantelung entsprechend der Erfindung versehenes Verbindungsstück keinerlei strukturelle Beschädigung erfährt (nämlich irgendeine Beschädigung an der Isolationsschicht), selbst in dem Fall von Stoßkraftwerten, die beträchtlich höher als die Akzeptanzgrenze von 120 J der auf herkömmliche Weise geschützten Verbindungsstücke liegt.
Berechnung des thermischen Widerstands
Es ist bekannt, dass:
wobei:

P: die von einem Kabel geführte Leistung ist;
R_e: der elektrische Widerstand des Leiters des Kabels ist;
I: die Stromstärke des im Kabel fließendem elektrischen Stroms ist;
ΔT: der Unterschied zwischen der Temperatur des Leiters und der Temperatur des das fragliche System umgebenden Bodens ist;
R_tot: der gesamte thermische Widerstand dieses Systems ist.

Aus der Formel (1) wird das Folgende erhalten:
Wenn man in Betracht zieht, dass:

a) sobald die Art des Leiter sowohl hinsichtlich des Materials als auch hinsichtlich der Geometrie des Querschnitts gewählt wurde, der Wert von R_e eindeutig definiert ist;
b) und unter der Annahme, dass T = 20°C für die Bodentemperatur und T = 90°C für die maximale Betriebstemperatur des Systems, ΔT = 70°C = konstant ist, ist das Ergebnis der Formel (2) jenes, dass die Stärke des im System fließenden Stroms umso größer ist, je kleiner der Wert von R_tot ist.

Es ist darüber hinaus bekannt, dass der thermische Widerstand einer Schicht aus einem gegebenen Material wie folgt definiert ist:
wobei:

Rp: der thermische Widerstand der Schicht ist;
ρ_t: der spezifische thermische Widerstand des Materials ist, aus dem die Schicht hergestellt ist;
ϕ_e: der Außendurchmesser der Schicht ist;
ϕ_i: der Innendurchmesser der Schicht ist.

Man nehme nun an, dass das in Betracht gezogene System ein Verbindungsstück ist, das mit einer Schutzummantelung versehen ist, wie in Beispielen 1 und 2 oben beschrieben.
In diesem Fall ist der gesamte thermische Widerstand R_tot des Systems durch die folgenden Parameter definiert: Rtot = Ris + Rg + Rp + Rte (4)wobei:

R_is: der thermische Widerstand des Kabelisolationsmaterials ist;
R_g: der thermische Widerstand des Verbindungsstücks ist;
R_p: der thermische Widerstand der Schutzummantelung des Verbindungsstücks ist;
R_te: der thermische Widerstand des Bodens ist.

Es ist daher möglich, zwischen den folgenden Fällen zu unterscheiden:

1) Das Verbindungsstück ist mit einer Schutzummantelung nach Beispiel 1 versehen. Unter der Annahme, dass: ϕ_e = 70 mm der Außendurchmesser der Schuztummantelung entsprechend der Erfindung ist; ϕ_i = 50 mm der Innendruchmesser der Schutzummantelung ist, der mit dem Außendurchmesser des Verbindungsstücks zusammenfällt; ρ_t = 9°C·m/W der spezifische thermische Widerstand des Materials ist, aus dem die Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, wird unter Anwendung der Formel (3) folgendes erhalten:
wobei Rp₁ der thermische Widerstand der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist.
2) Verbindungsstück, das mit der Schutzummantelung nach Beispiel 2 versehen ist. Unter der Annahme, dass: ϕ_e = 110 mm der Außendurchmesser der Schutzummantelung nach dem Stand der Technik ist; ϕ_i = 50 mm der Innerdurchmesser dieser Ummantelung ist, der mit dem Außendruchmesser des Verbindungsstücks zusammenfällt; ρ_t = 6,5°C·m/W der spezifische thermische Widerstand des Harzes ist, der die oben genannte Schutzummantelung bildet, wird unter Anwendung der Formel (3) das Folgende erhalten:
wobei Rp₂ der thermische Widerstand der Schutzummantelung ist, der aus einem Harz entsprechend dem Stand der Technik hergestellt ist.

Aus dem obigen heraus ist es möglich zu bemerken, wie der thermische Widerstand (Rp₁) der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung ungefähr gleich der Hälfte des thermischen Widerstands (Rp₂) der Schutzummantelung ist, die aus einem Harz entsprechend dem Stand der Technik hergestellt ist.
Darüber hinaus annehmend, dass:

a) der Durchmesser des Leiters 20 mm ist;
b) der äußere Durchmesser des Kabelisolationsmaterials 30 mm ist;
c) der spezifische thermische Widerstand des Kabelisolationsmaterials und des Verbindungsstücks typischerweise 3,6°C·m/W ist,

Darüber hinaus ist ein typischer Wert für den thermischen Widerstand des Bodens: Rte = 0,3°C·m/W (8)
Unter Anwendung der Formel (4) und Berücksichtigung der Ergebnisse (5'), (5''), (6), (7) und (8) wird folgendes erhalten:

a) R_tot = 1,31°C·m/W unter Verwendung der Schutzummantelung entsprechend der Erfindung, und

b) R_tot = 1,65°C·m/W unter Verwendung der Harzummantelung entsprechend dem Stand der Technik.
Aus dem obigen geht demnach hervor, dass mit der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung es möglich ist, einen thermischen Widerstand der Schutzummantelung zu erhalten, der ungefähr 20–25% geringer als der thermische Widerstand der Schutzummantelung entsprechend dem Stand der Technik (Beispiel 2) ist. Auf Grundlage der oben genannten Formel (2) ist daher möglich, zu bemerken, dass eine Stromstärke größer als jene des bekannten Standes der Technik mit der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung erlaubt sein kann.
Es ist hervorzuheben, wie dieses Resultat unter Verwendung einer Schutzummantelung erhalten wurde, die, wie weiter oben mit Bezug auf Tabelle 2 gezeigt wurde, eine mechanische Stoßfestigkeit bereitstellt, die mindestens gleich und in einigen Fällen sogar besser als jene des Standes der Technik ist, was bedeutet, dass die Verringerung im thermischen Widerstand der Schutzummantelung nicht auf Kosten einer Verschlechterung in den mechanischen Eigenschaften der Letztern erhalten wurde.
Es muss darüber hinaus hervorgehoben werden, dass diese vorteilhaften Ergebnisse im Hinblick auf thermischen Widerstand und mechanische Stoßfestigkeit mit einer Schutzummantelung erhalten wurden, die eine Dicke aufweist, welche beträchtlich geringer als jene des Standes der Technik ist (10 mm im Beispiel 1 verglichen mit 30 mm in Beispiel 2). Dies bedeutet daher, dass es mit der Schutzummantelung entsprechend der Erfindung möglich sein wird, ein System aus Verbindungsstück/Schutzummantelung bereitzustellen, welches Gesamtabmessungen besitzt, die entschieden kleiner sind und ein geringeres Gewicht aufweisen, was Aspekte sind, die als besonders positiv im Hinblick auf die beschränkten Räume angesehen werden, die für die zum Legen eines Kabels verwendeten Gräben typisch sind.
Es ist darüber hinaus notwendig, die Tatsache hervorzuheben, dass die oben genannten Beispiele sich auf ein Verbindungsstück mit extrem kleinen Abmessungen beziehen. Der Fachmann kann daher leicht verstehen, wie die vorteilhaften Wirkungen der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung noch stärker hervortreten, je größer die Abmessungen des in Betracht gezogenen Verbindungsstücks (z.B. eines Verbindungsstücks für dreipolige Kabel oder eines Hochspannungsverbindungsstücks) sind.
Die folgende Erfindung bietet einige größere Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik.
Ein erster Vorteil besteht in der Tatsache, dass, wie bereits erwähnt, die Schutzummantelung entsprechend der Erfindung eine einfache und daher schnelle umzusetzende Lösung im Vergleich mit dem Stand der Technik darstellt.
Wie bereits erwähnt bringen nämlich die metallischen Schutzbehälter, die weit verbreitet als mechanische Verstärkungen für die Verbindungsbereiche zweier Kabel verwendet werden, mit sich: 1) Montageschwierigkeiten, die umso größer sind, da diese Vorgänge in engen und unkontrollierten Umgebungen wie z.B. Verlegegräben durchgeführt werden; 2) die Notwendigkeit besonders delikater und komplexer zusätzlicher Vorgänge, wie z.B. das Einführen eines Füllmaterials in den Behälter; 3) Probleme mit Toxizität und Handhabung des Füllmaterials in dem Fall, in dem Epoxid- und Polyurethanharze verwendet werden; 4) lange Montagezeiten; 5) Schwierigkeiten aufgrund der Steifheit des Behälters bei der Anpassung an das äußere Profil des Verbindungsstücks; 6) Intensiver Einsatz spezialisierter Arbeitskräfte.
Die vorliegende Erfindung ist andererseits in der Lage, diese Nachteile aufgrund einer größeren Einfachheit beim Einsatz zu überwinden, die sowohl in der Eliminierung des oben genannten Füllmaterials als auch der größeren Handhabungsfähigkeit der Erfindung begründet sind, auch als Ergebnis ihres geringen Gewichts. Es kann klar verstanden werden, dass die Eliminierung der oben genannten Nachteile zu einer beträchtlichen Verringerung der Kosten, der Installationszeit und der Schwierigkeiten für das in den Gräben arbeitende Personal resultiert.
Weitere Vorteile der Schutzummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung bestehen in der hohen mechanischen Festigkeit, die diese Ummantelung in der Lage ist, sicherzustellen, während sie eine Dicke – und daher Gesamtabmessungen des Schutzverbindungsstücks – erlaubt, die besonders klein sind, und eine exzellente Wärmeübertragung zwischen Verbindungsstück und äußeren Umgebung erlaubt.
Die oben genannte Schutzummantelung hat nämlich ein hohe Absorbtionsfähigkeit für Stöße, was beträchtlich die tatsächlich auf das darunter liegende Verbindungsstück übertragene Stoßkraft verringert, insbesondere auf die Isolationsummantelung der Letzteren. Aufgrund dieser hohen Absorbtionsfähigkeit ist es daher möglich, die Dicke der Ummantelung beträchtlich zu verringern, was zu dem Vorteil geringerer Gesamtabmessungen des Verbindungsstücks und einfacherer Handhabung und leichterer Installation der Ummantelung führt. Darüber hinaus führt eine Verringerung dieser Dicke auch zu einem besonders vorteilhaften Aspekt im Hinblick auf den Wärmetausch zwischen dem Verbindungsstück und der äußeren Umgebung, da, wie bereits erwähnt, der thermische Widerstand direkt proportional zur Dicke ist.
Mit der Ummantelung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus möglich, eine Schutzschicht der durchgehenden Art bereitzustellen, welche, anders als im Stand der Technik, in der Lage ist, eine mechanische Stoßfestigkeit über die gesamte äußere Oberfläche des Verbindungsstücks sicherzustellen, ohne die Bildung von Abschnitten zufolge zu haben, die ungeschützt oder teilweise geschützt sind und daher möglicherweise beschädigt werden können.

Claims

Verfahren zum Formen einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten elektrischen Kabel (11) und einem zweiten elektrischen Kabel (12), wobei das erste und zweite elektrische Kabel jeweils mindestens ein erstes Leiterelement (13) und mindestens ein zweites Leiterelement (14) umfassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Formen einer elektrischen Verbindung (23) zwischen dem mindestens einen ersten Leiterelement und dem mindestens einen zweiten Leiterelement; – Bereitstellen einer elastomerischen Hülle in einer Position radial außerhalb der elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Leiterelement und dem mindestens einen zweiten Leiterelement, und – Bereitstellen von mindestens einer Schutzummantelung (60) um die elastomerische Hülle, wobei die Schutzummantelung eine Vielzahl von länglichen Körpern (52) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vorsehens der mindestens einen Schutzummantelung (60) die folgenden Schritte umfasst: – Kantenverbinden jedes länglichen Körpers mit dem vorangehenden länglichen Körper und dem nachfolgenden länglichen Körper, um eine durchgehende Schutzummantelung zu bilden, wobei die länglichen Körper (52) aus einem polymerischen Schaummaterial hergestellt sind, und – Anbringen der verbundenen länglichen Körper um die elastomerische Hülle, um einen axial und in Umfangsrichtung durchgehenden Schutz der elektrischen Verbindung zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kantenverbindens aus dem Einsetzen unter Druck eines Abschnitts (58) einer Längskante eines ersten länglichen Körpers (52) in einen Abschnitt (59) einer Längskante eines zweiten länglichen Körpers (52) besteht, wobei der zweite längliche Körper dem ersten länglichen Körper vorangeht oder nachfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kantenverbindens aus dem Einschieben eines Abschnitts (58) einer Längskante eines ersten länglichen Körpers (52) in einen Abschnitt (59) einer Längskante eines zweiten länglichen Körpers (52) besteht, wobei der zweite längliche Körper dem ersten länglichen Körper vorangeht oder nachfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter den Schritt des Vollendens der Schutzummantelung (60) umfassend, indem der erste längliche Körper mit dem letzten länglichen Körper kantenverbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter den Schritt des Vollendens der Schutzummantelung (60) umfassend, indem der erste längliche Körper mit dem letzten länglichen Körper überlappt wird und der überlappte Abschnitt befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Befestigens durchgeführt wird, indem ein Klebeband angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter den Schritt des Anordnens eines zurückziehbaren röhrenförmigen Elements (38) in eine Position radial außerhalb der Schutzummantelung (60) umfassend.
Elektrische Verbindung zwischen einem ersten elektrischen Kabel (11) und einem zweiten elektrischen Kabel (12), wobei das erste und zweite elektrische Kabel jeweils mindestens ein erstes Leiterelement (13) und mindestens ein zweites Leiterelement (14) umfassen, wobei die elektrische Verbindung umfasst: – eine elektrische Verbindung (23) zwischen dem mindestens einen ersten Leiterelement und dem mindestens einen zweiten Leiterelement; – eine elastomerische Hülle in einer Position radial außerhalb der elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Leiterelement und dem mindestens einen zweiten Leiterelement, wobei die elastomerische Hülle mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (25) umfasst, und – eine Schutzummantelung (60), die in einer Position radial außerhalb der elastomerischen Hülle angeordnet ist, wobei die Schutzummantelung eine Vielzahl von separaten länglichen Körpern (52) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jeder längliche Körper mit dem vorangehenden länglichen Körper und dem nachfolgenden länglichen Körper kantenverbunden wird, um eine umfangsmäßig durchgehende modulare Schutzummantelung zu bilden, wobei die länglichen Körper (52) aus einem polymerischen Schaumstoffmaterial hergestellt sind.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) axial in Bezug auf die elektrische Verbindung (23) durchgehend ist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) im wesentlichen parallel zueinander und koaxial in Bezug auf eine Achse der Kabel (11, 12) angeordnet sind.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) eine Querschnittsform in der Form eines Y aufweisen.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) zwei divergierende Abschnitte (53, 54) umfassen, die mit einem Basisabschnitt (56) passend verbunden sind.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (56) eines ersten länglichen Körpers (52) zwischen die divergierenden Abschnitte (53, 54) eines zweiten länglichen Körpers (52) eingesetzt ist, wobei der zweite längliche Körper neben dem ersten länglichen Körper liegt.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der länglichen Körper (52) zwei divergierende Abschnitte (53, 54) umfasst, die ein Schwalbenschwanzprofil bilden.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der länglichen Körper (52) zwei divergierende Abschnitte (53, 54) umfasst, die ein Pfeilprofil bilden.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) mit einem metallischen Kern versehen sind.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das polymerische Material ein polyolefines Polymer oder ein auf Ethylen und/oder Propylen basierendes Copolymer ist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) einen Ausdehnungsgrad zwischen 5% und 500% aufweist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehnungsgrad zwischen 30% und 300% beträgt.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehnungsgrad zwischen 40% und 150% beträgt.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) eine Dicke zwischen 3 mm und 25 mm aufweist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke zwischen 3 mm und 15 mm beträgt.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke zwischen 3 mm und 10 mm beträgt.
Vorrichtung zum elektrischen Verbinden eines ersten elektrischen Kabels (11) und eines zweiten elektrischen Kabels (12), wobei das erste und zweite elektrische Kabel jeweils mindestens ein erstes Leiterelement (13) und mindestens ein zweites Leiterelement (14) umfassen, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine elastomerische Hülle, die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (25) umfasst, – eine Vielzahl von separaten länglichen Körpern (52), wobei jeder längliche Körper so geformt ist, dass sie miteinander an der Kante verbunden werden, um so eine in Umfangsrichtung durchgehende modulare Schutzummantelung (60) zu bilden, sobald sie um die elastomerische Hülle herum aufgebracht werden, wobei die länglichen Körper (52) aus einem polymerischen Schaumstoffmaterial hergestellt sind.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) eine Querschnittsform in der Form eines Y aufweisen.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das polymerische Material ein Polyolefinpolymer oder ein auf Ethylen und/oder Propylen basierendes Copolymer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) einen Ausdehnungsgrad zwischen 5% und 500% aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) eine Dicke zwischen 3 mm und 25 mm aufweist.
Modulare Schutzummantelung, umfassend eine Vielzahl von länglichen Körpern (52), wobei jeder längliche Körper so geformt ist, dass er mit dem vorangehenden länglichen Körper und dem nachfolgenden länglichen Körper an der Kante verbunden wird, um die Schutzummantelung zu bilden, wobei die länglichen Körper (52) aus einem polymerischen Schaumstoffmaterial hergestellt sind.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) eine Querschnittsform in der Form eines Y aufweisen.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) zwei divergierende Abschnitte (53, 54) umfassen, die mit einem Basisabschnitt (56) entsprechend verbunden sind.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (56) eines ersten länglichen Körpers (52) zwischen die divergierenden Abschnitte (53, 54) eines zweiten länglichen Körpers (52) eingesetzt ist, wobei der zweite längliche Körper neben dem ersten länglichen Körper liegt.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der länglichen Körper (52) zwei divergierende Abschnitte (53, 54) umfasst, die ein Schwalbenschwanzprofil bilden.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform der länglichen Körper (52) zwei divergierende Abschnitte (53, 54) umfasst, die ein Pfeilprofil bilden.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Körper (52) mit einem metallischen Kern versehen sind.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das polymerische Material ein Polyolefinpolymer oder ein auf Ethylen und/oder Propylen basierendes Copolymer ist.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) einen Ausdehnungsgrad zwischen 5% und 500% aufweist.
Modulare Schutzummantelung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzummantelung (60) eine Dicke zwischen 3 mm und 25 mm aufweist.