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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren
eines multipolaren (mehradrigen) Kabels, insbesondere eines multipolaren
Kabels für
den Transport oder die Verteilung von elektrischem Strom niedriger
oder mittlerer Spannung.
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Des
Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein multipolares
(mehradriges) Kabel, insbesondere ein multipolares Kabel für den Transport
und die Verteilung von elektrischem Strom niedriger oder mittlerer
Spannung.
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In
der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff „niedrige
Spannung" eine Spannung
unterhalb von ungefähr
einem kV, der Begriff „mittlere
Spannung" bedeutet
eine Spannung zwischen ungefähr
einem kV und ungefähr
30 kV, und der Begriff „hohe
Spannung" bedeutet
eine Spannung oberhalb von ungefähr
30 kV.
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In
der vorliegenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen bedeutet
der Begriff „Kern" des Kabels eine
halbfertige Struktur mit einem leitenden Element und mindestens
einer Schicht elektrischer Isolierung, die in einer Position liegt,
welche sich radial außerhalb
des leitenden Elements befindet. Insbesondere wenn ein Kabel für den Transport
oder die Verteilung von elektrischem Strom mittlerer/hoher Spannung
in Betracht gezogen wird, umfasst der „Kern" auch eine innere halbleitende Ummantelung,
die in einer Position liegt, welche sich radial außerhalb
des leitenden Elements befindet, wobei die äußere halbleitende Ummantelung an
einer Position liegt, welche sich radial außerhalb der Schicht der elektrischen
Isolierung befindet, und umfasst eine Metallabschirmung in einer
Position, die sich radial außerhalb
von der äußeren halbleitenden
Ummantelung befindet.
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Des
Weiteren bedeutet zu Zwecken der vorliegenden Beschreibung und der
folgenden Ansprüche
der Begriff „multipolares
Kabel" („mehradriges
Kabel") ein Kabel,
das mit mindestens einem Paar von „Kernen" versehen ist, die wie oben definiert
sind. Genauer gesagt, wenn das multipolare Kabel eine Kernanzahl
gleich 2 besitzt, wird das Kabel technisch dadurch definiert, dass
der Begriff „bipolares
Kabel" (zweiadriges
Kabel) verwendet wird, und wenn drei Kerne vorhanden sind, ist das
Kabel als „tripolares
Kabel" (dreiadriges
Kabel) bekannt usw.
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Sobald
die genannten Kerne in einer Anzahl erhalten wurden, die gemäß der erwünschten
mehradrigen Kabel vorbestimmt wurde, werden sie miteinander verbunden,
um ein so genanntes „zusammengebautes Element" zu bilden.
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In
der vorliegenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen bedeutet
der Begriff „zusammengebautes
Element" eines mehradrigen
Kabels eine Verbundstruktur, die aus den vom Kabel besessenen Kernen
gebildet ist. Bevorzugt wird eine solche Verbundstruktur dadurch
erhalten, dass die Kerne gemäß einer vorbestimmten
Schrittweite spiralförmig
zusammengewickelt werden.
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Als
Ergebnis seiner Beschaffenheit, die dadurch erhalten wurde, dass
mindestens ein Paar von Kernen zusammengewickelt wurden, besitzt
das zusammengebaute Element eine Vielzahl von interstitiellen Bereichen
(Zwischenräume
bildenden Zonen), die von den Räumen
definiert werden, welche zwischen den Kernen enthalten sind. In
anderen Worten erzeugt die Wicklung der Kerne eine Vielzahl von
Leerräumen,
d.h. dem interstitiellen Bereich, welche in einem Querschnitt entlang
der longitudinalen Länge
des zusammengebauten Elements ein äußeres Umfangsprofil für das letztere
definieren, welches nicht kreisförmig
ist.
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Um
daher die korrekte Aufbringung der aufeinanderfolgenden, vom mehradrigen
Kabel besessenen Schichten zu erlauben, und zwar in einer Position,
die sich radial außerhalb
des zusammengebauten Elements befindet, umfasst das Herstellungsverfahren
für ein
mehradriges Kabel den Schritt des Füllens der interstitiellen Bereiche,
um so dem zusammengebauten Element einen regelmäßigen Querschnitt zu verleihen,
der bevorzugt kreisförmig
ist.
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Die
interstitiellen Bereiche, die auch unter dem Begriff „Sternbereiche" bekannt sind, werden
im Allgemeinen mit einem Füllstoff
herkömmlicher
Art gefüllt,
z.B. einem durch Extrusion aufgebrachten polymerischen Material.
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Sobald
der Füllschritt
beendet ist und das halbfertige mehradrige Kabel, das bisher erhalten
wurde, einen kreisförmigen
Querschnitt erhalten hat, wird das Kabel durch Aufbringen mindestens
einer weiteren Schicht abschließend
bearbeitet, deren Natur sowie die Anzahl der verwendbaren Schichten
von der Art des zu erhaltenden mehradrigen Kabels abhängt.
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Gemäß einem
Aufbauschema der herkömmlichen
Art, das unter Einsatz von im Stand der Technik bekannten Techniken
durchgeführt
wird, ist es beispielsweise möglich,
in einer radial äußeren Position
in Bezug auf das genannte, bisher erhaltene halbfertige Kabel nacheinander
eine Metallverstärkung
(beispielsweise in Form von Metallbändern oder -drähten, die
allgemein aus Stahl bestehen, oder in Form einer Metallhülse, die allgemein
aus Blei oder Aluminium besteht) und eine äußere Polymerhülse aufzubringen.
In einigen Fällen geht
dem Aufbringen der Metallverstärkung
das Aufbringen einer inneren Polymerhülse voran, die geeignet ist, um
das zusammengebaute Element mit einem mechanischen Schutz vor der
Metallverstärkung
zu versehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
die in der Patentanmeldung
WO
98/52197 im Namen des Anmelders beschrieben ist, kann eine
Schicht aus expandiertem Polymermaterial (polymerischem Schaumstoff)
geeigneter Dicke an einer Position aufgebracht werden, die sich
radial außerhalb
des genannten, bisher erhaltenen halbfertigen Kabels befindet, wobei
die Schicht aus expandiertem Polymermaterial in der Lage ist, dem
genannten Kabel eine hohe Beständigkeit
gegen zufällige
Stöße (Schläge) zu verleihen,
die letzteres während
der Schritte des Kabeltransports oder des Kabelverlegens erleiden
könnte.
In der Tat können
solche Stöße beträchtlichen
Schaden an der Kabelstruktur anrichten (z.B. Verformung der Isolierschicht,
Ablösen
der Kabelschichten), die beispielsweise Änderungen im elektrischen Gradienten
der Isolierschicht bedeuten, mit einer dementsprechenden Verringerung
ihrer Isolationsfähigkeit.
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Des
Weiteren wird im Allgemeinen eine äußere Polymerhülse (Ummantelung)
aufgebracht, die geeignet ist, um dem Kabel einen größeren mechanischen
Schutz vor der äußeren Umgebung
zu verleihen, und zwar gemäß bekannten
Techniken in einer Position, welche sich radial außerhalb
der Schicht aus expandiertem Polymermaterial befindet.
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Darüber hinaus
sorgt die oben zitierte
WO 98/52197 für die Möglichkeit,
die genannten interstitiellen Bereiche anstatt mit einem herkömmlichen
Füllstoff
mit einem expandierten Polymermaterial zu füllen, das ähnlich jenem ist, welches für eine zufälligen Stößen widerstehende
Schicht, wie oben dargestellt, verwendet wird.
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In
der Tat bietet laut dem Anmelder diese Ausführungsform gewisse wichtige
Vorteile. Zuallererst macht es die Verwendung eines expandierten
Polymermaterials möglich,
ein Kabel zu erhalten, welches leichter als ein ähnliches Kabel ist, dessen
interstitielle Bereiche mit einem herkömmlichen Füllstoff gefüllt sind.
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Dieser
Aspekt ist sehr viel mehr als vernachlässigbar, insofern als dass
sich die Möglichkeit,
ein Kabel bereitzustellen, welches leichter als ein herkömmliches
ist, in einer größeren Einfachheit
des Transports und dementsprechend in verringerten Transportkosten
sowie in einer einfacheren Handhabung des Kabels während des
Schritts des Verlegens niederschlägt. In dieser Hinsicht lohnt
es sich, zu unterstreichen, dass je geringer das Gesamtgewicht des
(beispielsweise direkt in einem im Boden ausgehobenen Graben oder
in einem unterirdischen Rohr) zu installierenden Kabels ist, desto
geringer die Zugkraft sein wird, die auf das Kabel ausgeübt werden
muss, um es zu installieren. Dies bedeutet daher sowohl niedrigere
Installationskosten als auch eine größere Einfachheit bei den Installationsarbeiten.
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Ein
zweiter Vorteil wird durch die Tatsache gegeben, dass die Verwendung
eines expandierten Polymermaterials in einer radial inneren Position
in der Struktur des mehradrigen Kabels, d.h. in den genannten interstitiellen
Bereichen des zusammengebauten Elements, sowie in einem Abschnitt
des Kabels, welcher sich näher
an seiner äußeren Oberfläche befindet,
dabei hilft, dem Kabel selbst einen größeren mechanischen Schutz zu
verleihen, d.h. eine größere mechanische
Beständigkeit
gegen versehentliche Stöße, wie
oben definiert.
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Ein
weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass die Verwendung eines
expandierten Polymermaterials als Ersatz eines herkömmlichen
Füllstoffs
dabei hilft, die Flexibilität
des Kabels zu erhöhen,
was eine Tatsache ist, die sich wiederum in einer verbesserten Handhabung
des Kabels wiederspiegelt, wie bereits erwähnt mit vorteilhaften Auswirkungen
insbesondere während
seiner Installation.
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Jedoch
ist der Anmelder der Meinung, dass das Einbringen eines expandierbaren
Polymermaterials in die interstitiellen Bereiche des zusammengebauten
Elements, das in einem mehradrigen Kabel enthalten ist, ein komplexer
Vorgang ist, welcher besondere Sorgfalt erfordert. In der Tat wird
ein falsches Einbringen des Materials in die interstitiellen Bereiche
des zusammengebauten Elements zum Auftreten von nicht akzeptierbaren
strukturellen Unregelmäßigkeiten
des Kabels führen.
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Insbesondere
hat der Anmelder herausgefunden, dass das Einbringen eines expandierbaren
Polymermaterials und dessen Expansion auf einer Oberfläche, die
ein äußeres Umfangsprofil
der nicht kreisförmigen Art
besitzt, eine unregelmäßige Expansion
des Materials bewirkt, und dieses dazu neigt, sich in einigen Bereichen
mehr auszudehnen als in anderen.
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In
anderen Worten neigt das Polymermaterial dazu, sich dort mehr auszudehnen,
wo mehr Raum hierfür
zur Verfügung
steht.
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Beispielsweise
im Fall eines dreiadrigen Kabels wird in Betracht gezogen, dass
das zusammengebaute Element, welches durch das spiralförmige Wickeln
von drei separaten Kernen gebildet ist, drei interstitielle Bereiche
besitzt, die im Wesentlichen dreieckige Querschnitte besitzen, wobei
die Basis jedes Dreiecks zu der äußeren Wölbungsfläche (Bogenrücken) des
zusammengebauten Elements gerichtet ist, während die verbleibenden zwei
Seiten des Dreiecks vom äußeren Profil
der beiden benachbarten Kerne des Kabels definiert sind. In dieser
Gestaltung dehnt sich das Polymermaterial, das dafür konzipiert
ist, die interstitiellen Bereiche auszufüllen und welches durch Extrusion
in einer Position radial außerhalb
des zusammengebauten Elements aufgebracht wird, mehr in dem Abschnitt
des interstitiellen Bereichs aus, der der Basis des oben genannten Dreiecks
näher ist,
da in Übereinstimmung
mit der Basis das Polymermaterial den meisten Raum zur Ausdehnung
zur Verfügung
hat.
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Eine
ungleichmäßige Ausdehnung
des Polymermaterials in jedem interstitiellen Bereich, d.h. an den äußeren Wölbungsflächen des
zusammengebauten Elements, verleiht dem bisher erhaltenen halbfertigen
Kabel, welches aus dem zusammengebauten Element plus dem Füllstoff
in den interstitiellen Bereichen besteht, einen ungleichmäßigen transversalen
Querschnitt, insofern als dass es eine Vielzahl von Ausstülpungen
besitzt, die in einigen Fällen
sogar sehr markiert sind, an denen die Ausdehnung des Polymermaterials
am größten war.
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Zum
Beispiel besitzt im Fall des oben genannten dreiadrigen Kabels der
transversale Querschnitt des bisher erhaltenen halbfertigen Kabels
ein äußeres Umrissprofil,
welches im Wesentlichen dreilappig ist, wobei die größere Krümmung jedes
Lappens in Übereinstimmung
mit der oben definierten Basis des Dreiecks liegt.
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Das
Auftreten eines solchen Phänomens
ist besonders unerwünscht,
da es eine Vielzahl von Nachteilen mit sich bringt.
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Zuerst
bedeutet die Tatsache, dass ein zusammengebautes Element erhalten
wird, welches ein im transversalen Querschnitt nicht kreisförmiges äußeres Randprofil
besitzt, dass die Schichten, die danach in einer radial äußeren Position
in Bezug auf das zusammengebaute Element aufgebracht werden, unabhängig von
der Beschaffenheit des herzustellenden mehradrigen Kabels, d.h.
unabhängig
davon, ob es der herkömmlichen
Art ist oder so ist wie in der oben genannten Patentanmeldung
WO 98/52197 beschrieben,
dem nicht kreisförmigen äußeren Randprofil
folgen werden und dadurch zur Herstellung eines fertigen Kabels
mit unregelmäßigem transversalem
Querschnitt führen
werden.
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Abgesehen
davon, dass es aus rein ästhetischen
Gesichtspunkten heraus für
den Markt nicht akzeptabel ist, führt dieses Ergebnis zu einer
Vielzahl von Problemen praktischer Natur, sowohl während der
Kabelinstallation als auch der Kabelaufbewahrung. Im letzteren Fall
können
beispielsweise viele Probleme (größere Abmessungen, geringere
Belastungskapazität,
Instabilität
der auf einer Spule aufgewickelten Windungen), die während des
herkömmlichen
Betriebs des Aufwickelns eines Kabels mit nicht kreisförmigem Querschnitt
auftreten können,
in den Sinn kommen.
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Ein
weiterer Nachteil liegt in der Tatsache, dass eine nicht homogene
Verteilung der interstitiellen Bereiche des expandierten Polymermaterials
zur Ausbildung von Bereichen führt,
die eine größere Konzentration von
Material enthalten als andere weniger ausgestattete Bereiche. Dies
bedeutet daher, dass die Bereiche, die weniger gut ausgestattet
wurden, einerseits einen geringeren mechanischen Widerstand gegen
Stöße aufweisen
als die Bereiche, die mehr Material enthalten, und dass sie aufgrund
ihrer geringeren Dicke während
des Extrusionsschritts möglicherweise
reißen
(insbesondere am Ausgang aus den Extruderblasköpfen), wobei dieser Aspekt
dazu führt,
dass das darunter liegende zusammengebaute Element exponiert wird
und dementsprechend ein nicht kreisförmiger transversaler Querschnitt
des bisher erhaltenen Kabels gebildet wird.
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Der
Anmelder hat auch herausgefunden, dass auf Grundlage der von der
oben genannten Druckschrift
WO
98/52197 bereitgestellten Lehre, wann immer man bei derselben
Extrusion des expandierbaren Polymermaterials entweder mit dem Füllen der
interstitiellen Bereiche des zusammengebauten Elements oder mit
der Herstellung einer gegen unbeabsichtigte Stöße beständigen Schicht fortfahren möchte, man
eine nicht gleichmäßige Expansion
des Materials erhält,
was unweigerlich die Ausbildung eines mehradrigen Kabels bewirkt, das
einen transversalen Querschnitt mit einem unregelmäßigen äußeren Randprofil
besitzt.
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Der
Anmelder hat daher die Notwendigkeit erkannt, die Expansion des
Polymermaterials während
des Extrusionsschritts des letzteren innerhalb der interstitiellen
Bereiche des zusammengebauten Elements eines mehradrigen Kabels
so zu steuern, dass das zusammengebaute Element und dementsprechend
das dieses enthaltende fertige mehradrige Kabel im transversalen
Querschnitt ein regelmäßiges äußeres Randprofil
besitzen kann, das so weit wie möglich
kreisförmig
gestaltet ist.
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Der
Anmelder hat herausgefunden, dass es möglich ist, eine optimale Steuerung
der Expansion des Polymermaterials, das zum Ausfüllen der interstitiellen Bereiche
im zusammengebauten Element eines mehradrigen Kabels konzipierten
ist zu erzielen, indem der aus dem expandierbaren Polymermaterial
hergestellte Füllstoff
durch Coextrusion mit einer Einkapselungsschicht aus Polymermaterial
abgeschieden wird.
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Insbesondere
hat der Anmelder herausgefunden, dass die Einkapselungsschicht an
einer Position außerhalb
zur Füllschicht
coextrudiert werden muss, um eine gleichmäßige Verteilung des expandierbaren
Polymermaterials in den interstitiellen Bereichen zu erhalten und
so eine größere Expansion
in einigen Bereichen statt in anderen zu vermeiden.
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Die
vorliegende Erfindung ist vorteilhafterweise nicht nur auf elektrische
Kabel für
den Transport oder die Verteilung von Strom anwendbar, sondern auch
auf gemischte Strom/Telekommunikationskabel, die einen faseroptischen
Kern enthalten. In diesem Sinne bedeutet daher im Rest der vorliegenden
Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen der Begriff „leitendes
Element" einen Leiter
der metallischen Art oder der gemischten elektrischen/optischen
Art.
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Somit
bezieht sich die vorliegenden Erfindung auf ein Herstellungsverfahren
eines mehradrigen (multipolaren) Kabels, umfassend mindestens ein
paar von Kernen, wobei jeder Kern mindestens ein leitendes Element
und mindestens eine Schicht elektrischer Isolierung in einer radial äußeren Position
zumindestens eines leitenden Elements umfasst, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte umfasst:
- a) Zusammenbau
mindestens eines Paars von Kernen, um ein zusammengebautes Element
zu bilden, das mit einer Vielzahl von interstitiellen (Zwischenräume bildenden)
Zonen zwischen den Kernen versehen ist, und
- b) Abscheiden durch Coextrusion:
- – eines
expandierbaren Polymermaterials (polymerischen Schaumstoffes) in
einer radial äußeren Position zu
den Kernen, um so die interstitiellen Zonen zu füllen und eine Füllschicht
von im Wesentlichen kreisförmigem
transversalen Querschnitt zu bilden und
- – mindestens
einer Einkapselungsschicht aus Polymermaterial in einer radial äußeren Position
zu der Füllschicht.
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen,
die lediglich zu erklärenden Zwecken
und ohne jegliche einschränkende
Absicht bereitgestellt sind, in denen:
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1 eine
gerade Querschnittsansicht einer bestimmten Ausführungsform eines dreiadrigen
elektrischen Kabels für
den Transport oder die Verteilung von Niederspannungsstrom gemäß der Erfindung
ist, und
-
2 eine
Längsschnittansicht
eines Details der Extrusionsanlage des in 1 gezeigten
Kabels ist.
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Mit
dem Begriff „expandiertes
Polymermaterial (polymerischer Schaumstoff)" ist in der folgenden vorliegenden Beschreibung
und in den folgenden Ansprüchen
ein Polymermaterial gemeint, das einen vorbestimmten Prozentanteil
an „freiem" Raum in dem Material
besitzt, d.h. einen Raum, der nicht vom Polymermaterial besetzt
ist, sondern von Gas oder Luft.
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Im
Allgemeinen wird dieser Prozentanteil an freiem Raum in einem expandierten
Polymer durch den so genannten „Expansionsgrad" (G) ausgedrückt, der
wie folgt definiert ist: G = (d0/de – 1) × 100wobei
d0 die Dichte des nicht expandierten Polymers
bezeichnet und de die gemessene scheinbare
Dichte des expandierten Polymers darstellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der polymerische Schaumstoff aus der Gruppe ausgewählt werden,
die folgendes umfasst: Polyolefine, Copolymere der verschiedenen
Olefine, ungesättigte
Olefine/Ester-Copolymere,
Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, Phenolharze, Carbamidharze
(ureic resins) und deren Mischungen. Beispiele bevorzugter Polymere
sind: Polyethylen (PE), insbesondere Polyethylen niedriger Dichte
(LDPE), PE mittlerer Dichte (MDPE), PE hoher Dichte (HDPE) und lineares
PE niedriger Dichte (LLDPE); Polypropylen (PP); Ethylen-Propylen
Elastomercopoylmere (EPR) oder Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere
(EPDM); natürlicher
Gummi; Butylgummi; Ethylen-Vinylester-Copolymere, z.B. Ethylen/Vinylacetat (EVA);
Ethylen/Akrylatcopolymere, insbesondere Ethylen-Methylacrylat (EMA), Ethylen/Ethylacrylat
(EEA), Ethylen-Butylacrylat (EBA); thermoplastische Ethylen-α-Olefincopolymere;
Polystyrol; Acrylonitryl-Butadien-Styrolharze (ABS); halogenierte
Polymere, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC); Polyurethan (PUR);
Polyamide; aromatische Polyester, wie z.B. Polyethylenterephthalat
(PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT); und Copolymere oder mechanische
Mischungen davon.
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Bevorzugt
ist das Polymermaterial ein Polyolefinpolymer oder Copolymer, das
auf Ethylen und/oder Propylen basiert, und insbesondere ausgewählt ist
aus:
- (a) Ethylencopolymeren und einem ethylenisch
ungesättigten
Esther, z. B. Vinylacetat oder Butylacetat, in denen die Menge an
ungesättigtem
Esther im Allgemeinen zwischen 5 Gew-% und 80 Gew-%, bevorzugt zwischen
10 Gew-% und 50 Gew-% beträgt;
- (b) Elastomercopolymeren von Ethylen mit mindestens einem C3-C12-α-Olefin und wahlweise
einem Dien, bevorzugt Ethylen-Propylen-Copolymere (EPR) oder Ethylen-Propylen-Dien-Copolymere
(EPDM) mit bevorzugt der folgenden Zusammensetzung:
35 bis
90 Molprozent Ethylen, 10 bis 65 Molprozent α-Olefin, 0 bis 10 Molprozent
Dien (z.B. 1,4-Hexadien oder 5-Ethyleden-2-Norbornen);
- (c) Ethylencopolymeren mit mindestens einem C4-C12-α-Olefin,
bevorzugt 1-Hexen, 1-Octen und ähnliches, und
wahlweise einem Dien, wobei die Copolymere im Allgemeinen eine Dichte
zwischen 0,86 g/cm2 und 0,90 g/cm2 sowie die folgende Zusammensetzung besitzen:
75 bis 97 Molprozent Ethylen, 3 bis 35 Molprozent α-Olefin,
0 bis 5 Molprozent eines Diens;
- (d) Polypropylen modifiziert mit Ethylen/C3-C12-α-Olefincopolymeren,
wobei das Gewichtsverhältnis
zwischen Polypropylen und dem Ethylen/C3-C12-α-Olefincopolymer
zwischen 90/10 und 30/70, bevorzugt zwischen 50/50 und 30/70 liegt.
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Zum
Beispiel umfasst die Klasse (a) die kommerziellen Produkte Elvax® (Du
Pont), Levapren® (Bayer), Lotryl® (Elf-Atochem),
umfasst die Klasse (b) die Produkte Dutral® (Enichem)
oder Nordel® (Dow-Du
Pont), und umfasst die Klasse (c) die Produkte Engage® (Dow-Du
Pont) oder Exact® (Exxon), während das
mit Ethylen/α-Olefincopolymeren
modifizierte Polypropylen auf dem Markt unter dem Handelsnamen Moplen® oder
Hifax® (Montell)
oder FinaPro® (Fing)
gefunden werden kann und ähnliches.
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In
Klasse (d) sind thermoplastische Elastomere besonders bevorzugt,
die eine durchgehende Matrix aus einem thermoplastischen Polymer,
z.B. Polypropylen, und kleinen Partikeln (im Allgemeinen mit einem Durchmesser
der Größenordnung
von 1 bis 10 μm)
eines vulkanisierten elasthomerischen Polymers umfassen, z.B. quervernetztes
EPR oder EPDM dispergiert in der thermoplastischen Matrix. Das elastomerische
Polymer kann in der thermoplastischen Matrix im nicht vulkanisierten
Zustand eingegliedert sein und dann während dem Verfahren durch Hinzufügen einer
geeigneten Menge an Quervernetzungsmittel dynamisch quervernetzt
werden. Alternativ kann das elastomerische Polymer separat vulkanisiert
werden und dann in der thermoplastischen Matrix in Form von kleinen
Partikeln dispergiert werden. Thermoplastische Elastomere dieser Art
sind z.B. in den Druckschriften
US-4,104,210 oder
EP-324,430 beschrieben.
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Unter
den Polymermaterialien ist besonders ein Polypropylen mit hoher
mechanischer Festigkeit im geschmolzenen Zustand (Polypropylen mit
hoher Schmelzfestigkeit) bevorzugt, wie es z.B. im Patent
US-4,916,198 beschrieben
ist und welches kommerziell unter dem Handelsnamen Profax
® (Montell
S.p.A.) erhältlich
ist. Dieses Dokument veranschaulicht einen Herstellungsprozess des
Polypropylens mit Hilfe eines Bestrahlungsschritts eines linearen
Polypropylens mit ionisierender hochenergetischer Strahlung für eine ausreichende
Zeitdauer, um die Bildung einer wesentlichen Menge an langen Verzweigungen
in der Kette herbeizuführen,
wonach auch eine geeignete Behandlung des bestrahlen Materials vorgesehen
ist, um die im bestrahlen Material vorhandenen freien Radikale zu
deaktivieren.
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Besonders
bevorzugt wird unter den Polymermaterialien eine Polymerverbindung
bevorzugt, die das zuvor genannte Polypropylen mit einem hohen Verzweigungsniveau
umfasst, und zwar in einer Menge, die allgemein zwischen 30 und
70 Gew-% liegt, in einer Mischung mit einem thermoplastischen Elastomer
der zur oben genannten Klasse (d) gehörenden Art und in einer Menge,
die allgemein zwischen 30 und 70 Gew-% liegt, wobei die Prozentwerte
in Bezug auf das Gesamtgewicht der Polymerverbindung ausgedrückt sind.
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Ein
elektrisches Kabel 10 für
den Transport von Niederspannungsstrom, das mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, ist in 1 in geradem
Querschnitt dargestellt.
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Das
Kabel 10 ist dreiadrig und umfasst drei leitende Elemente 1,
die jeweils mit einer als elektrischer Isolator wirkenden Schicht 2 bedeckt
sind. Wie oben erwähnt
wird die halbfertige Struktur mit dem Begriff Kern bezeichnet.
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Die
Isolierschicht 2 kann eine quervernetzte oder nicht quervernetzte
Polymerverbindung sein, mit im Stand der Technik bekannten elektrischen
Isolationseigenschaften, die z.B. ausgewählt ist aus: Polyolefinen (Homopolymeren
oder Copolymeren unterschiedlicher Olefine), Olefin/ethylenisch
ungesättigten
Estercopolymeren, Polyestern, Polyethern, Polyether/Polyester Copolymeren
und deren Mischungen. Beispiele der Polymere sind: Polyethylen (PE)
insbesondere lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE); Polypropylen
(PP); thermoplastische Propylen/Ethylen-Copolymere; Ethylen-Propylen-Gummi
(EPR) oder Ethylen-Propylen-Dien-Gummi
(EPDM); natürlicher
Gummi; Butylgummi; Ethylen-Vinylacetat
Copolymere (EVA); Ethylen/Methylacrylat-Copolymere (EMA); Ethylen/Ethylacrylat-Copolymere
(EEA); Ethylen-Butylacrylat-Copolymere (EBA); Ethylen/α-Olefin-Copolymere
und ähnliches.
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Mit
Bezug auf 1 sind die drei Kerne spiralförmig miteinander
verwickelt, um ein wie oben definiertes zusammengebautes Element 20 zu
bilden.
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Wie
bereits erwähnt
führt die
spiralförmige
Wicklung der drei Kerne des dreiadrigen Kabels 10 zur Ausbildung
von drei separaten interstitiellen (Zwischenräume bildenden) Zonen 3,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung und wie detaillierter im Folgenden beschrieben mit einem
expandierbaren Polymermaterial gefüllt sind, das aus den oben
genannten Polymeren ausgewählt
ist. In der folgenden vorliegenden Beschreibung werden die mit dem
polymerischen Schaumstoff als Füllstoff
gefüllten,
Zwischenräume
bildenden Zonen 3 aus Gründen der einfacheren Beschreibung
unter Verwendung des Begriffs „Füllschicht" definiert und insgesamt
mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet.
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Das
Kabel 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst auch eine Einkapselungsschicht 5, die
durch Coextrusion mit der Füllschicht 5 hergestellt
ist und in einer radial äußeren Position
zur letzteren angeordnet ist, um der Füllschicht 4 einen
im Wesentlichen kreisförmigen
transversalen Querschnitt zu verleihen.
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Die
Einkapselungsschicht 5 besteht aus einem Polymermaterial,
das aus der oben mit Bezug auf die Füllschicht 4 genannten
Gruppe ausgewählt
ist.
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Bevorzugt
besteht die Einkapselungsschicht 5 aus einem Polymermaterial,
das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die umfasst:
Polyolefine-Copolymere der unterschiedlichen
Olefine, ungesättigte
Olefin-Ester-Copolymere,
Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, Phenolharze, Carbamidharze
(ureic resins), und deren Mischungen. Beispiele geeigneter Polymere
sind: Polyethylen (PE), insbesondere PE niedriger Dichte (LDPE),
PE mittlerer Dichte (MDPE), PE hoher Dichte (HDPE) und lineares
PE niedriger Dichte (LLDPE); Polypropylen (PP); elasthomerische Ethylen-Propylen-Copolymere
(EPR) oder Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere (EPDM); natürlicher
Gummi; 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-Thermoplastcopolymere;
Polystyrol; Acrylonitril-Butadien-Styrolharze (ABS); halogenierte
Polymere, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC); Polyurethan (PUR);
Polyamide; aromatische Polyester, wie z.B. Polyethylenterephthalat
(PET) oder Polybutylenterephthalat (EBT), und deren Copolymere oder
mechanische Mischungen.
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Besonders
bevorzugt besteht die Einkapselungsschicht aus HDPE mit einer Dichte
von mindest 0,940 g/cm2 und besonders bevorzugt
zwischen 0,940 und 0.960 g/cm2 und besonders
bevorzugt zwischen 0,940 und 0,969 g/cm2,
oder aus MDPE mit einer Dichte bevorzugt zwischen 0,926 und 0,940
g/cm2.
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Im
Allgemeinen ist die Dicke der Einkapselungsschicht eine Kompromisslösung zwischen
zwei entgegengesetzten Trends. Tatsächlich ist es einerseits erwünscht, dass
die Dicke ausreichend groß sein
sollte, um einen zufriedenstellenden Einkapselungseffekt für das darunter
liegende Polymermaterial während
des Expansionsschritts des letzteren zu garantieren, während es
andererseits erwünscht
ist, dass sie ausreichend klein ist, um: a) die Ausdehnung des die
Füllschicht
darstellenden Materials als Ergebnis der Einwirkung einer Quetschwirkung
auf die letztere nicht zu beeinträchtigen, b) die Kosten der
Beschichtung und daher des Kabels als Ganzem niedrig zu halten,
und schließlich
c) eine rapide Abkühlung
der äußeren Oberfläche der
Füllschicht
zu erlauben. Im Hinblick auf den letzteren Punkt ist es in der Tat
notwendig hervorzuheben, dass am Ende des Coextrusionsschritts der
Füllschicht/Einkapselungsschicht
das so erhaltene halbfertige Kabel einem Kühlvorgang unterzogen wird,
und zwar allgemein durch Durchführen
durch eine Kühlwanne
mit einer Kühlflüssigkeit.
Wo die Einkapselungsschicht eine große Dicke besitzt, benötigt diese
Schicht eine lange Abkühlzeit,
und es wird insbesondere die Abkühlung
des inneren Teils der Ummantelung, d.h. des Abschnitts der Schicht
in Kontakt mit dem expandierten Füllstoff, nachteilig verzögert. Dies
kann daher zu einem verringerten Abdichtungseffekt, d.h. Einkapselungseffekt
seitens der Schicht auf dem polymerischen Schaumstoff führen mit
der unerwünschten
Konsequenz, dass letztere dazu neigt, sich dort mehr auszudehnen,
wo hierfür
mehr Raum zur Verfügung
steht, was zur Ausbildung eines transversalen Querschnitts mit unregelmäßigem Profil der
nicht kreisförmigen
Art führt.
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Im
Allgemeinen beträgt
die Dicke der Einkapselungsschicht zwischen 0,1 mm und 1,5 mm, bevorzugt zwischen
0,2 mm und 1,0 mm, besonders bevorzugt, zwischen 0,5 mm und 0,7
mm.
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Jedoch
sollte hervorgehoben werden, dass die optimale Dicke der Einkapselungsschicht
deutlich vom Querschnitt des herzustellenden Kabels und vom Volumen
des in den Zwischenräume
bildenden Zonen vorhandenen polymerischen Schaumstoffes abhängt.
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Gemäß der in
1 dargestellten
Ausführungsform
umfasst das dreiadrige Kabel
10 weiter eine Schicht
6 aus
polymerischem Schaumstoff, die in einer Position angeordnet ist,
welche sich radial außerhalb in
Bezug auf die Einkapselungsschicht
5 befindet, wobei die
Schicht
6 die Funktion besitzt, dem Kabel
10 eine optimale
mechanische Festigkeit gegen unbeabsichtigte Stöße zu verleihen, wie in der
oben genannten Druckschrift
WO
98/52197 beschrieben.
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Der
polymerische Schaumstoff, der verwendet wird, um sowohl die Füllschicht 4 als
auch die in einer Position radial außerhalb in Bezug auf letztere
angeordnete weitere Schicht 6 zu erhalten, wird vorteilhafterweise
aus der oben genannten Gruppe ausgewählt. Jedoch ist es bevorzugt,
dass der in der Füllschicht 4 zu verwendende
polymerische Schaumstoff aus einem auf Ethylen basierenden Olefinpolymer
oder Copolymer ausgewählt
wird, während
der in der weiteren Schicht zu verwendende polymerische Schaumstoff
aus einem auf Propylen basierenden Olefinpolymer oder Copolymer
ausgewählt
wird. Schließlich
ist gemäß der in 1 dargestellten
Ausführungsform
das Kabel 10 mit einer äußeren polymerischen
Hülse 7 in
einer radial äußeren Position
in Bezug auf die Schicht 6 aus polymerischem Schaumstoff
versehen, wobei die Hülse 7 die
Funktion des äußeren mechanischen
Schutzes des Kabels 10 besitzt.
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Im
Allgemeinen besteht die äußere Hülse 7 aus
einem Polymermaterial, welches aus der Gruppe ausgewählt ist,
die umfasst: Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) (d = 0,910 bis
0,926 g/cm2); Ethylencopolymere mit α-Olefinen;
Polypropylen (PP); Ethylen/α-Olefin-Gummi,
insbesondere Ethylen/Propylengummi (EPR), Ethylen/Propylen/Diengummi
(EPDM); natürlicher
Gummi; Butylgummi, und deren Mischungen.
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Wie
oben beschrieben sorgt die in 1 dargestellte
Ausführungsform
dafür,
dass eine Schicht aus polymerischem Schaumstoff und eine äußere Hülse nacheinander
in einer radial äußeren Position
zur Einkapselungsschicht angeordnet sind.
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Jedoch
darf hervorgehoben werden, dass die vorliegende Erfindung auch vorteilhafterweise
auf Kabel anwendbar ist, die mit einer Aufbauform der herkömmlichen
Art versehen sind.
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Daher
kann auch das Anbringen einer Metallverstärkung und einer äußeren Schutzhülse nacheinander
an einer Position in Betracht gezogen werden, die sich radial außerhalb
der Einkapselungsschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung befindet.
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Weitere
Maßnahmen
sind dem Fachmann bekannt, der zudem in der Lage sein wird, die
am meisten geeignete Anordnung beispielsweise auf Grundlage der
Kosten, der Art, wie das Kabel verlegt wird (überirdisch, in Schächten, direkt
im Boden eingegraben, in Gebäuden,
unterseeisch, usw.) und der Betriebstemperatur des Kabels (maximale
und minimale Temperaturen, Temperaturabweichungen in der Umgebung)
zu beurteilen.
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Hinsichtlich
des Herstellungsverfahrens eines mehradrigen Kabels umfasst das
Verfahren im Allgemeinen einen anfänglichen Schritt, der dafür konzipiert
ist, die oben definierten Kerne herzustellen, wobei sich die Komplexität dieses
Schritts von Fall zu Fall in Abhängigkeit
von der Art des herzustellenden Kabels unterscheidet.
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Wenn
z.B. das Herstellungsverfahren eines mehradrigen Kabels für den Transport
oder die Verteilung von elektrischem Strom niedriger Spannung in
Betracht gezogen wird, wird im allgemeinen jeder Kern durch Abwickeln
eines leitenden Elements von einer geeigneten Zuführspule
und durch Aufbringen einer elektrischen Isolationsschicht auf das
letztere, typischerweise durch Extrusion, erhalten. Die Schicht
wird bevorzugt aus einem Polyolefin, insbesondere Polyethylen, Ethylen-Propylen-Copolymeren
und ähnlichem
erhalten. Am Ende des Extrusionsschritts wird die elektrische Isolationsschicht
bevorzugt einem Quervernetzungsvorgang gemäß bekannter Techniken unterzogen,
z.B. unter Verwendung von Peroxiden oder Silanen. Nach Vollendung
wird der so erhaltene Kern dann auf einer geeigneten Sammelspule
gelagert.
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Wenn
in Gegensatz dazu das Herstellungsverfahren für ein mehradriges Kabel für den Transport
oder die Verteilung von elektrischem Strom mittlerer Spannung in
Betracht gezogen wird, wird im Allgemeinen jeder Kern dadurch erhalten,
dass ein leitendes Element von einer geeigneten Zuführspule
abgewickelt wird und eine innere halbleitenden Schicht, eine elektrische
Isolationsschicht und eine äußere halbleitende
Schicht mit Hilfe bekannter Mittel auf letztere aufgebracht wird,
insbesondere durch eine Vielzahl von nacheinander durchgeführten Extrusionen.
Alternativ kann das Aufbringen der zuvor genannten inneren und äußeren halbleitenden
Schicht und der elektrischen Isolationsschicht durch einen Coextrusionsvorgang
gemäß bekannter
Techniken erhalten werden. Die so erhaltene Anordnung wird dann
auf einer ersten Sammelspule gelagert und daraufhin wird eine Metallabschirmung
auf die Anordnung gemäß bekannter
Mittel aufgebracht, im Allgemeinen auf einer anderen Anlage der
Herstellungsfabrik. Beispielsweise kann die Metallabschirmung hergestellt
werden, indem eine Bandabschirmungsmaschine verwendet wird, welche
dünne Kupferbänder (z.B.
mit einer Dicke von ungefähr
0,1 bis 0,2 mm) spiralförmige
mit Hilfe geeignet rotierender Köpfe
positioniert, wobei sich die Kanten der Bänder ungefähr auf 33% ihrer Oberfläche überlappen.
Als Alternative kann die Metallabschirmung aus einer Vielzahl von
Kupferdrähten
(mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm) hergestellt werden, die
von in geeigneten Drehkäfigen
positionierten Spulen abgewickelt werden und spiralförmig auf
die oben genannte Anordnung aufgebracht werden. Im Allgemeinen ist
es unter diesen Umständen
auch notwendig, eine Gegenspirale (z.B. ein Kupferband mit einer
Dicke von 0,1 bis 0,2 mm) aufzubringen, welches die Funktion hat, die
obigen Kupferdrähte
während
der nachfolgenden Herstellungsschritte in ihre Position zu halten.
Der so erhaltene Kern wird dann auf einer zweiten Sammelspule gelagert.
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Sobald
die Kerne erhalten wurden, werden sie, wie bereits erwähnt, miteinander
verdreht, um ein zusammengebautes Element zu bilden, und zwar unter
Verwendung von im Stand der Technik bekannten Techniken, beispielsweise
unter Verwendung einer Kombiniermaschine. Im Allgemeinen umfasst
diese Maschine eine rotierende Einheit, auf welcher die die einzelnen
Kerne des Kabels enthaltenen Spulen befestigt sind, wobei die Spulen
in einer Anzahl angeordnet sind, die gleich der Anzahl der Kerne
des herzustellenden mehradrigen Kabels angeordnet sind. Die Drehung
der Rotationseinheit und das gleichzeitige Abziehen der zuvor genannten
Kerne bewirkt, dass sie miteinander spiralförmig verwickelt werden, während die
Wahl entweder der Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Einheit
oder der linearen Geschwindigkeit, mit welcher die Kerne abgezogen
werden, es möglich
macht, die erwünschte
Schrittweite für
die Verdrehung festzulegen.
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Was
das Herstellungsverfahren eines Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung
betrifft, werden die Hauptschritte, die das zuvor genannte Verfahren
in dem Fall charakterisieren, in dem es erwünscht ist, das in 1 dargestellte
dreiadrige Kabel herzustellen, im Folgenden beschrieben. Wo es erwünscht ist,
ein vom dreiadrigen Kabel verschiedenes mehradriges Kabel herzustellen,
z.B. ein vieradriges Kabel, kann das für das dreiadrige Kabel 10 beschriebene
Verfahren geeignet modifiziert werden, und zwar auf Grundlage der
vorliegenden Information und des vom Durchschnittsfachmann besessenen
Wissens.
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Wie
oben erwähnt
wird jeder Kern des Kabels durch Abwickeln eines leitenden Elements 1 von
einer geeigneten Zuführspule
und durch aufbringen einer elektrischen Isolationsschicht 2 auf
die letztere, im Allgemeinen durch Extrusion, erhalten. Am Ende
des Extrusionsschritts wird das Material der elektrischen Isolationsschicht 2 bevorzugt
gemäß bekannter
Techniken quervernetzt, z.B. durch Verwendung von Peroxiden oder Silanen.
Alternativ kann das Material der elektrischen Isolationsschicht
ein thermoplastisches Material sein, das nicht quervernetzt ist,
um so sicherzustellen, dass das Material recyclebar ist. Nach Vollendung
wird jeder Kern auf einer ersten Sammelspule gelagert.
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Das
zusammengebaute Element 20, welches in der in 1 gezeigten
Ausführungsform 3 separate Kerne
umfasst, wird dann hergestellt. Das zusammengebaute Element 20 wird
erhalten, in dem eine Kombiniermaschine verwendet wird, welche wie
oben erwähnt
gleichzeitig die auf den drei separaten Sammelspulen gelagerten
Kerne abwickelt und dreht, um sie gemäß einer vorbestimmten Schrittweite
spiralförmig
miteinander zu verdrehen. Sobald es erhalten wurde, wird das zusammengebaute
Element 20 auf einer zweiten Sammelspule gelagert.
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Die
Füllschicht 4 und
die Einkapselungsschicht 5 gemäß der vorliegenden Erfindung
werden dann aufgebracht. Genauer gesagt wird das zusammengebaute
Element 20 von der zuvor genannten zweiten Sammelspule
gemäß irgendeiner
bekannten Technik abgewickelt, z.B. unter Verwendung eines Zugrollenantriebs, der
dafür konzipiert
ist, das zusammengebaute Element 20 kontinuierlich und
regelmäßig einer
Extrusionsvorrichtung bereitzustellen. Es ist in der Tat erwünscht, dass
die Zugwirkung zeitlich konstant sein sollte, so dass das zusammengebaute
Element 20 sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
vorwärts
bewegen kann, um so eine gleichförmige
Extrusion der oben genannten Schichten 4, 5 sicherzustellen.
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Bevorzugt
wird das zusammengebaute Element 20 in eine Extrusionsanlage
eingeführt,
die mit einem Doppelschichtextrusionskopf versehen ist, wobei die
Anlage zwei separate Extruder umfasst, die in einem gemeinsamen
Extrusionskopf zusammenfließen,
um so jeweils die Füllschicht 4 und
die Einkapselungsschicht 5 durch Coextrusion auf dem zusammengebauten
Element 20 aufzubringen.
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Im
Detail zeigt die 2 eine teilweise Längsschnittansicht
eines Doppelschichtextrusionskopfes 30 einer an sich bekannten
Extrusionsanlage, welche daher nicht in ihrer Gesamtheit gezeigt
ist.
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Der
Doppelschichtextrusionskopf 30 umfasst eine männliche
Pressform (Pressmatritze) 31, eine Zwischenpressform 32 und
eine weibliche Pressform 33. Die Pressformen sind in der
genannten Reihenfolge angeordnet und überlappen sich dabei konzentrisch
und erstrecken sich radial von der Achse des zusammengebauten Elements 20 weg.
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Insbesondere
zeigt der Pfeil A die Vorschubrichtung des zusammengebauten Elements 20 an,
zu dem in einer radial äußeren Position
die Füllschicht 4 durch
die zwischen der männlichen
Pressform 31 und der Zwischenpressform 32 vorgesehene
Leitung 34 extrudiert wird. Die Einkapselungsschicht 5 wird
an einer radial äußeren Position
in Bezug auf die Füllschicht 4 durch
die Leitung 35 extrudiert, welche zwischen der Zwischenpressform 32 und
der weiblichen Pressform 33 liegt. Der Pfeil B zeigt die
Ausgangsrichtung für
die Anordnung aus zusammengebautem Element 20, der Füllschicht 4 und
der Einkapselungsschicht 5 für das Kabel 10 der 1.
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Daher
werden gleichzeitig mit dem Abwickeln des zusammengebauten Elements 20 die
in der Füllschicht 4 verwendete
polymerische Schaumstoffverbindung und die in der Einkapselungsschicht
verwendete polymerische Verbindung auf bekannte Weise separat zum
Einlass jedes Extruders zugeführt,
z.B. unter Verwendung zweier separater Einfülltrichter.
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Jede
polymerische Verbindung kann einen Vormischungsschritt des polymerischen
Grundstoffs mit anderen Komponenten (Füllens, Additiven usw.) umfassen,
wobei der Vormischungsschritt in einer stromaufwärts zum Extrusionsvorgang angeordneten
Anlage durchgeführt
wird, wie z.B. einem internen Mischer der Tangenzialrotorart (Banbury)
oder mit ineinander eingreifenden Rotoren, oder in einem durchgehenden Mischer
der Ko-Kneader(Buss)-Art oder jener Art, welche zwei sich miteinander
oder gegeneinander drehende Schrauben umfasst.
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Jede
polymerische Verbindung wird im Allgemeinen dem entsprechenden Extruder
in Form von Körnchen
zugeführt
und erweicht, d.h. in den geschmolzenen Zustand umgewandelt, und
zwar durch Zufuhr von Wärme
(über den
externen Zylinder des Extruders) und die mechanische Wirkung einer
Schraube, welche das Polymermaterial bearbeitet und es in die entsprechende Extrusionsleitung
zum Auslass jeder Leitung hineinpresst, um die erwünschte Beschichtung
zu bilden.
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Der
Vorgang des Extrudierens der Füllschicht
4 findet
direkt auf dem zusammengebauten Element
20 statt und der
Schritt der Expansion des Polymermaterials der Füllschicht
4 wird während des
Extrusionsvorgangs durchgeführt,
wie in dem oben zitierten Dokument
WO
98/52197 beschrieben. Die Expansion kann entweder mit Hilfe
chemischer Mittel durch Hinzufügen
eines geeigneten Expansionsmittels (Schäummittels) während des
Schritts der Zubereitung der Polymerverbindung stattfinden, welches
in der Lage ist, unter spezifischen Temperatur- und Druckbedingungen
ein Gas zu erzeugen, oder mit Hilfe physikalischer Mittel durch
Einspritzen eines Gases unter hohem Druck direkt in den Zylinder
des Extruders. Beispiele geeigneter Expansionsmittel sind: Azodikarbamid,
Paratoluen Sulfonylhydrazit, Mischungen organischer Säuren (z.B.
Zitronensäure)
mit Carbonaten und/oder Bikarbonaten (z.B. Natriumbikarbonat), und ähnliches.
Beispiele von Gasen, die in den Extrudierzylinder mit hohem Druck
eingespritzt werden können,
sind: Stickstoff, Kohledioxid, Luft, Kohlenwasserstoffe mit niedrigem
Siedepunkt, z.B. Propan oder Butan, halogenierte Kohlenwasserstoffe,
z.B. Methylenchlorid, Trichlorfluormethan, 1-Chloro-1,1-Difluorethan,
und ähnliches
oder deren Mischungen.
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Es
ist beobachtet worden, dass unter denselben Extrusionsbedingungen
(wie z.B. Schraubenrotationsgeschwindigkeit, Geschwindigkeit der
Extrusionsanlage, Durchmesser des Extrusionskopfes) eine der Prozessvariablen,
welche am meisten den Expansionsgrad beeinflusst, die Extrusionstemperatur
ist. Im Allgemeinen ist es bei Extrusionstemperaturen unterhalb
von 130°C
schwierig, einen ausreichenden Expansionsgrad zu erhalten; die Extrusionstemperatur
beträgt
bevorzugt mindestens 140°C,
insbesondere ungefähr 180°C. Normalerweise
entspricht ein größerer Expansionsgrad
einem Anstieg der Extrusionstemperatur.
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Es
ist auch möglich
den Expansionsgrad des Polymers zu einem gewissen Ausmaß dadurch
zu steuern, dass auf die Abkühlrate
eingewirkt wird. Tatsächlich
kann der Expansionsgrad des Polymermaterials erhöht oder erniedrigt werden,
indem die Abkühlung
des Polymers geeignet verzögert
oder beschleunigt wird, welches am Auslass aus dem Extruder die
expandierte Beschichtung bildet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Expansionsgrad des Polymermaterials der Füllschicht von
5% bis 500%, bevorzugt von 10% bis 300%, und besonders bevorzugt
zwischen 20% und 200% variieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, wie durch die folgenden Beispiele deutlich gemacht
wird, die für
die Extrusion der Einkapselungsschicht 5 verwendete Pressform
bevorzugt mit einer Verlängerung 36 versehen,
die coaxial in Bezug auf das zusammengebaute Element 20 angeordnet
ist.
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Bevorzugt
besitzt die Verlängerung
eine Lange zwischen 1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und
10 mm und besonders bevorzugt zwischen 2 mm und 5 mm.
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Die
Verlängerung
hat die Funktion, die Einkapselungsschicht auf der darunter liegenden
Füllschicht
zu führen
und die Einkapselungsschicht auf die Füllschicht für eine ausreichend lange Entfernung
und daher für eine
ausreichend lange Zeitdauer aufgedrückt zu halten, um so die Expansion
der Füllschicht
auf die gewünschte
Menge zu beschränken.
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Die
Anordnung aus zusammengebautem Element 20, Füllschicht 4 und
Einkapselungsschicht 5, die den Doppelschichtextrusionskopf 30 verlässt, wird
im Allgemeinen einem Kühlungszyklus
unterworfen. Diese Kühlung
wird bevorzugt dadurch erzielt, dass die Anordnung in einer Abkühlwanne
bewegt wird, welche eine geeignete Flüssigkeit enthält, typischerweise
Quellwasser oder auf eine Temperatur von ungefähr 12 bis 15°C gekühltes Wasser.
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Stromabwärts des
genannten Kühlungszyklus
wird die Anordnung im Allgemeinen der Trocknung unterzogen, z.B.
mit Hilfe von Luftgebläsen,
und wird daraufhin auf einer dritten Sammelspule gesammelt.
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Um
das in 1 dargestellte Kabel 10 zu erhalten,
umfasst das zuvor genannten Herstellungsverfahren auch eine weitere
Anlage, wo die Anordnung aus zusammengebautem Element 20,
Füllschicht 4 und
Einkapselungsschicht 5 von der zuvor genannten dritten
Sammelspule abgewickelt wird und einer nachfolgenden Extrusionsanlage
zugeführt
wird, um die Schicht 6 aus polymerischem Schaumstoff an
einer radial äußeren Position
in Bezug auf die Einkapselungsschicht 5 aufzubringen.
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Auf
dieselbe Weise, wie für
die oben genannte Füllschicht
4 beschrieben,
wird der Expansionsschritt des polymerischen Schaumstoffmaterials
der zuvor genannten Schicht
6 während des Extrusionsschritts
dieser Schicht durchgeführt
und zwar durch ähnliche
Vorrichtungen wie den oben genannten und die im zuvor zitierten
Dokument
WO 98/52197 beschriebenen.
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Die
Schicht 6 aus polymerischem Schaumstoff wird dann gemäß den oben
genannten Mitteln ähnlichen
Mitteln einem geeignetem Kühlungsschritt
unterzogen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird die Schicht 6 in derselben Einheit extrudiert, welche
die Füllschicht 4 und
die Einkapselungsschicht 5 stromabwärts von dem Schritt aufbringt,
indem die Schichten 4, 5 gekühlt werden, so dass daher keine
dritte Sammelspule notwendig ist.
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Schließlich wird
das in 1 gezeigte Kabel 10 durch das Abscheiden
einer äußeren polymerischen Hülse 7 abgeschlossen,
die über
die Schicht 6 aus polymerischem Schaumstoff positioniert
wird und beispielsweise durch Extrusion erzeugt wird.
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Das
so erhaltene Kabel 10 wird dann auf eine abschließende Sammelspule
aufgewickelt und einem Lagerabschnitt zugeführt.
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Einige
veranschaulichende Beispiele sind im Folgenden dargestellt, um eine
weitere Beschreibung der Erfindung bereitzustellen.
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Beispiel 1
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Ein
dreiadriges Niederspannungskabel wurde unter Verwendung des in 1 dargestellten
Konstruktionsverfahrens hergestellt. Genauer gesagt wurde zu Zwecken
der vorliegenden Erfindung lediglich die Herstellung der Anordnung
aus zusammengebautem Element 20, Füllschicht 4 und Einkapselungsschicht 5 des dreiadrigen
Kabels 10 gemäß der in 1 dargestellten
Ausführungsform
realisiert.
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Jeder
der drei Kerne des Kabels besaß ein
leitendes Kupferelement (mit einer Querschnitt von 16 mm2), das in einer Extrusionsanlage mit einer
Isolationsschicht beschichtet wurde, die auf mit Silanen quervernetztem
Polyethylen basiert und eine Dicke von 0,7 mm besitzt.
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Die
Kerne (die jeweils einen äußeren Durchmesser
von 0,64 mm besitzen) wurden einem Kombinierungsvorgang, wie oben
beschrieben, unterzogen, und zwar mit einer linkshändigen spiralförmigen Wicklung mit
einer Schrittweite von 313 mm, um das zusammengebaute Element 20 zu
bilden.
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Dann
wurde eine Füllschicht 4 aus
polymerischem Schaumstoff und eine Einkapselungsschicht 5 der Füllschicht
durch Coextrusion an einer radial äußeren Position in Bezug auf
das zusammengebaute Element 20 abgeschieden.
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Genauer
gesagt wurde die Füllschicht
durch Extrusion von Riblene FL 30® (Polyethylen
niedriger Dichte, hergestellt von Polymeri Europa) erhalten.
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Die
Expansion der Füllschicht
wurde mit Hilfe chemischer Mittel erzielt, und zwar durch Hinzufügen zum
Trichter von 1,5 Gew-% (in Bezug zum Gesamten) von Hydrocerol® BIH
40-Expansionsmittel (Carboxylsäure/Natriumbikarbonat),
hergestellt von Böhringer
Ingelheim.
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Das
Material der Füllschicht
besaß eine
Enddichte von 0,45 kg/dm2 und einen Expansionsgrad
von 100%.
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Die
Dicke der Füllschicht
betrug ungefähr
gleich 0,2 mm im Abschnitt radial außerhalb in Bezug auf das zusammengebaute
Element 20, d.h. auf der gewölbten Fläche des letzteren. Ein Bandera
30 mm Einschraubenextruder in Konfiguration 20D wurde verwendet,
um die Füllschicht
abzuscheiden.
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Eine
Einkapselungsschicht 5 wurde durch Coextrusion mit der
Füllschicht
abgeschieden, wie oben in der vorliegenden Beschreibung erläutert. Genauer
gesagt wurde die Einkapselungsschicht durch Extrusion von DGDA 6318® (Polyethylen
mittlerer Dichte, hergestellt von Union Carbide) erhalten.
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Die
Beschichtung besaß eine
Dicke von 0,7 mm und die Extrusion wurde unter Verwendung eines Bandera
80 mm Einschraubenextruders in Konfiguration 20D durchgeführt.
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Das
Wärmeprofil
und die Betriebsparameter des Extruders, die verwendet wurden, um
die Füllschicht und
die Einkapselungsschicht zu erhalten, sind in Tabellen 1 und 2 gezeigt. Tabelle 1
| Extruderzone | Extruder
der Füllschicht
(°C) | Extruder
der Einkapselungsschicht (°C) |
| Zone
1 | 160 | 180 |
| Zone
2 | 180 | 190 |
| Zone
3 | 200 | 200 |
| Zone
4 | / | 210 |
| Extruder/Kopfverbindungsflansch | 220 | 220 |
| Kopf | 220 |
| | | |
Tabelle 2
| Abmessungen | Füllschichtextruder | Einkapselungsschichtextruder |
| Durchmesser
männliche
Pressform | 14,5 mm |
| Durchmesser
weibliche Pressform | 14,7 mm |
| Durchmesser
des Kabels am Ende des Schritts | 15,6 mm |
| Extruderschraubengeschwindigkeit | 0,3
U/min | 22
U/min |
| Extrusionsanlagengeschwindigkeit | 2,5 m/Min |
-
Das
bisher erhaltene halbfertige Kabel wurde einer optischen Analyse
unterzogen, um den Extrusionsgrad des die Füllschicht bildenden Polymermaterials
zu kontrollieren.
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Die
erhaltenen Ergebnisse waren sehr zufriedenstellend, da die äußere Oberfläche des
oben genannten Kabels ein im Wesentlichen glattes Aussehen besaß und insbesondere
ein äußeres Randprofil
von in seinem transversalen Querschnitt im Wesentlichen kreisförmiger Form
besaß.
-
Beispiel 2 (Vergleich)
-
Durch
Verwendung eines jenem in Beispiel 1 beschriebenen ähnlichen
Herstellungsprozesses, wurde ein dreiadriges Niederspannungskabel ähnlich dem
in 1 dargestellten hergestellt, jedoch ohne die Einkapselungsschicht 5.
-
Unter
Verwendung ähnlicher
Mittel wie in Beispiel 1 und unter den gleichen Betriebsbedingungen
wie in Beispiel 1 wurde das zusammengebaute Element 20 erhalten
und eine Füllschicht 4 wurde
daraufhin durch Extrusion an deren radial äußeren Abschnitt aufgebracht.
-
Das
so erhaltene halbfertige Kabel wurde dann der optischen Analyse
unterworfen, welche zeigte, dass das Aussehen der äußeren Oberfläche des Kabels
besonders rau war und der transversale Querschnitt seines äußeren Randprofils
nicht kreisförmig
war, mit Verletzungen in dieser Schicht.
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Die
vorliegende Erfindung hat einige größere Vorteile im Vergleich
mit dem Stand der Technik.
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In
erster Linie macht es das Aufbringen einer Einkapselungsschicht
an einer radial äußeren Position zur
Füllschicht
möglich,
ein mehradriger Kabel zu erhalten, welches einen im Wesentlichen
kreisförmigen Querschnitt
besitzt, eine Tatsache, die besonders erwünscht ist, da sie das Auftreten
einer Vielzahl der oben genannten Nachteile verhindert.
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In
zweiter Linie macht es die Entwicklung eines Herstellungsvorgangs,
der in der Lage ist, ein mehradriges Kabel bereitzustellen, das
mit einer Füllschicht
aus polymerischem Schaumstoff in den Zwischenräume bildenden Zonen des Kabels
versehen ist, möglich,
dem letzteren eine größere Leichtigkeit
im Vergleich mit ähnlichen
mehradrigen Kabelstrukturen zu verleihen, in denen die Zwischenräume bildenden
Zonen mit herkömmlichen
Füllmaterial
gefüllt
sind. Wie bereits erwähnt
stellt die größere Leichtigkeit
sicher, dass das Kabel leichter zu handhaben ist, insbesondere während der
Installation, und verringert die Kosten des Transports, der Installation
und des Produkts selbst.
-
Des
Weiteren verleiht die Verwendung des zuvor genannten expandierten
Materials dem mehradrigen Kabel eine geringere Biegesteifigkeit,
und dies schlägt
sich wiederum in einer einfacheren Handhabung des Kabels sowohl
während
der Aufbewahrung, z.B. beim Aufwickeln/Abwickeln von Spulen, und
während
der Installation nieder.
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Ein
weiterer Vorteil wird auch durch den verbesserten mechanischen Schutz
der Kerne des mehradrigen Kabels gegen Stöße bereitgestellt, den das
Schaumstofffüllmaterial
(expandiertes Füllmaterial)
in der Lage ist im Vergleich mit einem Füllmaterial der herkömmlichen
Art sicherzustellen. Es ist in der Tat erwähnenswert, dass der polymerische
Schaumstoff in der Lage ist, Stöße (Belastungen)
aufgrund der Umweltbedingungen, denen das Kabel ausgesetzt ist,
insbesondere während
des Verlegens, zu absorbieren. Aufgrund der Natur des Materials
absorbiert der polymerische Schaumstoff in der Tat Stöße effektiv
und im Wesentlichen reversibel, so dass eine spürbar bessere Leistungsfähigkeit
als bei einer herkömmlichen
Füllung
sichergestellt wird. Da die letztere steifer ist und zudem eine
permanente Verformung erfährt
(d.h. versagt, ihre anfänglich Form
wieder zu erlangen, sobald die Ursache ihrer Verformung nicht vorhanden
ist), überträgt sie in der
Tat fast die gesamte Kraft des Stoßes auf die darunter liegenden
Schichten.