DE68911121T2

DE68911121T2 - Elektrisches Kabel.

Info

Publication number: DE68911121T2
Application number: DE68911121T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Cousin; Yves Delvael
Original assignee: Cousin Freres SA
Current assignee: Cousin Freres SA
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2009-07-18
Also published as: US5120905A; DE68911121D1; FR2634312A1; JPH0668932B2; EP0378675B1; JPH02503730A; EP0378675A1; FR2634312B1; ATE98044T1; WO1990001209A1

Description

Die vorliegende Erfindung hat ein elektrisches Kabel zum Gegenstand, d.h. eillen Elektrizitätsleiter, besonders für schwache Ströme, wie solche zum Herstellen von Nachrichtenverbindungen oder allgemeiner, um Daten zu leiten, so wie auch für die Versorgung von Meßgeräten oder Geräten zur Datenverarbeitung.
Nach dem Stand der Technik erfordern es der oder die elektrischen Leiter, die im allgemeinen parallel angeordnet sind, mit Verstärkungs- oder Armierungsbauteilen verstärkt zu werden, die im allgemeinen aus Stahl sind. Diese Verstärkungsbauteile gewährleisten die mechanische Belastbarkeit und stellen einen beträchtlichen Prozentsatz des Gewichts und des Volumens des Elektrokabels dar. Ein solches elektrisches Kabel hat ein bedeutendes Gewicht, das in der Lage ist, das Brechen unter seinem eigenen Gewicht zu verursachen. Dieses Verhältnis Festigkeit/Gewicht wird mit Kilometerbruchfestigkeit bezeichnet.
Ein elektrisches Kabel, das Leiter von 7 * 0,56mm² enthält, erfordert eine Armierung, die eine erste Lage von 20 verzinkten Stahldrähten mit 1,4mm Durchmesser und eine zweite, im gegenläufigen Sinn verdrfflte Lage von 35 Drähten mit 1,1mm Durchmesser enthält (Stahl = 1800N/mm²). Dieses Kabel wiegt in Luft 680 Gramm/Meter und hat eine Bruchfestigkeit von 9600DaN; dieses Kabel wird, in Luft aufgehängt, unter seinem eigenen Gewicht ab
9500/680 = 13,97 Kilometern
reißen.
Bei dieser Art von Kabeln erfolgt das Brechen der Kupferleiter mit sehr geringer Dehnbarkeit unvermeidlicherweise bevor man die gesamte Bruchfestigkeit des Kabels erreicht hat. Dieses Brechen der Leiter tritt im allgemeinen bei weniger als 50% der Festigkeit der Verstärkungen auf und zeigt an, daß das elektrische Kabel seine elektrische Funktion nicht mehr erfüllt. Im übrigen wurde festgestellt, daß beispielsweise bei Hydrolyse wissenschaftliche Messungen im ppm Bereich durch die Anwesenheit von Mikrozinkteilchen des verzinkten Stahls oder durch Schmiermittel, das sich von dem tragenden Bauteil absondert, verfälscht werden. Das Problem der leitfähigen Kabel liegt darin, daß das Kabel in Gefahr ist, abgesehen von allen anderen Belastungen, unter seinem eigenen Gewicht zu reißen, wenn es in einem Fluid wie Luft oder Wasser aufgehängt ist. Wenn Bruchkräfte auf das Kabel aufgebracht werden, hat die elektrische Leitung die Neigung, vor dem Brechen der Verstärkungsbauteile zu reißen, was den Austausch des ganzen Kabels zur Folge hat.
Aus US-A-4 034 138 ist ein elektromechanisches Kabel mit geringem spezifischem Gewicht und hoher Festigkeit bekannt, daß mehrfibrige Fasern aus Aramiden, verdeckt von einer Scliutzumhüllung aus Polyurethan, aufweist, die die Selbstabrasion der Aramidfasern vermeiden soll. Die Leiterdrähte erstrecken sich jedoch parallel zu den tragenden Fasern und haben eine Dehnbarkeit, die geringer ist als die der Verstärkungsbauteile.
EP-A-0 054 784 betrifft ein Telefonkabel, in dem die tragenden Bauteile aus Aramidfasern in der Form eines zentralen Kerns und mit den Leitern verdrillten Litzen bestehen.
DE-A-3 241 425 bezieht sich auf ein Leiterkabel, dessen zentrale Leiterbauteile von einer Verstärkungsbeflechtung aus Aramid umgeben sind, die das tragende Bauteil darstellt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Kabel, das leicht ist und dessen leitender Teil nicht reißt, wenn nicht ein mechanisches Brechen der tragenden Bauteile des Kabels bereits aufgetreten ist. Gemäß der Erfindung und im Gegensatz dazu, was man bei herkömmlichen Kabeln beobachten kann, reißen die Verstärkungsbauteile des Kabels vor dem oder den Leitern. Diese werden im Falle des Brechens des Kabels nur so spät wie möglich belastet und nur nachdem das tragende Bauteil selbst nachgegeben hat. Gemäß der Erfindung weist das elektrische Kabel Elektrizitätsleiterbauteile und isolierende mechanische Verstärkungsbauteile aus Aramid auf, die in einer gespritzten Hülle eingeschlossen sind und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbauteile in einem zentralen elastischen Kern integriert sind, der von einer Verstärkung aus Aramidfasern und einer Hülle umgeben ist, daß der zentrale elastische Kern eine zentrale isolierende Seele aufweist, auf der mitlaufende isolierende Seelen verdrillt sind, und daß die Leiter um eine tragende Seele gesponnen sind, die mit den Mitläufern verdrillt ist, so daß die Länge der Leiter größer als die Länge der Seelen ist, die selbst größer als die Länge der Verstärkung ist.
Der elastische Kern besteht aus einer zentralen Seele, die aus gezwirnten Fasern zusammengesetzt ist. Um diese Seele sind mit so geringer Ganghöhe wie möglich in einer Schraubenlinie zwei oder mehrere Leiter angeordnet, die eine homogene Litze bilden. Man hat beispielsweise eine (1+6) Konstruktion des elastischen Kerns, bei der die "1" die zentrale Seele ist und die "6"beispielsweise aus zwei diametral gegenüberliegenden elektrischen Leitern und vier Mitläufern bestehen, die beispielsweise aus Aramid und Polyurethan zusammengesetzt sind und den gleichen Durchmesser haben.
Man kann ebenfalls eine (1+12) Konstruktion des elastischen Kerns haben, bei der die ,,1" die zentrale Seele ist und die "12"beispielsweise aus sechs Leitern und sechs Mitläufern mit dem gleichen Durchmesser oder aus zwölf Leitern bestehen.
Die elektrischen Elementardrähte, vorteilhafterweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, sind in nebeneinanderliegenden Windungen mit geringer Ganghöhe um eine Seele gesponnen, die im allgemeinen aus hoch moduliertem Aramid besteht. Da die Litzen jedoch im Verlauf einer normalen Nutzung nicht auf Zug belastet sind, können sie aus einem Material ohne besondere physikallsche Eigenschaften bestehen. Um das Gleiten der elektrischen Leiter in dem elastischen Kern, besonders bei Durchführungen auf Rollen, zu erleichtern, ist die Umhüllung der elektnschen Leiter vorzugsweise aus isolierendem Harz mit geringem Reibbeiwert, wie beispielsweise aus Fluorprodukten.
Vorteilhafterweise sind der Drehsinn der elektrischen Leiter und/oder der Mitläufer dem Verdrillungssinn des Kerns entgegengesetzt, um eine verdrehfreie Wirkung zu erhalten. Wenn man einen solchen Kern auf Zug belastet, ist eine Dehnung desselben ohne eine Belastung oder Deformation der Elementardrähte festzustellen. Dies wird aufgrund der Kombination der wendelförmigen Anordnung der Elementardrähte in dem Leiter und der Verdrillung der Leiter in dem Kern verursacht. Diese Technik verursacht eine wichtige Schlagart. Diese Belastung ergibt sich aber nur in außergewöhnlichen Fällen, da sie voraussetzt, daß die Verstärkungsbauteile gedehnt oder gerissen sind.
Die Verstärkung aus hoch modulierten Fasern oder das tragende Bauteil kann nach verschiedenen Macharten, wie der Flechtarbeit oder der Technik der Kabelverseilung, ausgeführt werden. Im Fall der Flechtarbeit ist die Beflechtung beispielsweise bevorzugt mit Fasern aus aromatischen Polyamiden ausgeführt, die den Vorteil haben, eine sehr geringe Dehnbarkeit aufzuweisen und bei einem Gewicht, das in Wasser fünfzehnmal geringer ist, ebenso widerstandsfähig wie Stahldrähte zu sein. Diese Fasern können mit einem Schutz umhüllt sein. Die Beflechtung wird unbedingt mit langem Flechtschritt mit einem Flechtwinkel ausgeführt, der kleiner oder gleich 15º ist, um ihre Elastizität größtmöglich zu begrenzen.
Im übrigen weisen solche Fasern den Vorteil, besonders im Fall der Anwendung in der Ozeanographie, elektrisch isollerend zu sein, was die Probleme parasitärer Leitung vermeidet, und der chemischen Trägheit des Materials auf, was Korrosionsprobleme unterdrückt.
In bestimmten Fällen wird zwischen dem elastischen Kern und dem tragenden Bauteil ein Film geringer Dicke, beispielsweise aus Polyurethan, angebracht, der den Zusammenhalt der Konstruktion sicherstellt und das Gleiten des Kerns in bezug auf das tragende Bauteil aufgrund des Arbeitens des Kabels vermeidet.
Die schützende Hülle ist im allgemeinen gespritzt, vorzugsweise aus einem elastomeren Material, wie beispielsweise Polyurethan. Die Hülle spielt keine Rolle bei der Zugfestigkeit sondern hat zum Ziel, das tragende Bauteil und den elastischen Kern gegen Abrasion und allgemeiner gegen Umwelteinflüsse zu schützen.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung deutlicher werden, die einer speziellen Ausführungsart folgen wird und beispielhaft und nicht beschränkend und in bezug auf die Figuren gegeben wird, in denen:
-Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines Kabels gemäß der Erfindung darstellt;
-Fig.2 einen Querschnitt des gleichen Kabels darstellt;
-Fig.3 eine Ansicht eines der elektrischen Leiter darstellt.
In der Fig.1 unterscheidet man eine zentrale Seele 1, die, wie zuvor angedeutet, aus gezwirnten und mit Polyurethan zusammengefügten Aramidfasern besteht. Um die Seele 1 sind Leiter 2 und/oder Mitläufer 2a angeordnet, von denen im dargestellten Beispiel sechs vorhanden sind. Diese sind mit geringer Ganghöhe verzwirnt, beispielsweise mit einer Ganghöhe von 32mm bei einem Durchmesser des elastischen Kerns von 4,7mm. Wie die Seele 1, bestehen die Mitläufer vortellhafterweise aus Aramidfasern, die in eine Polyurethanmatrize integriert sind. Die elektrischen Leiter bestehen aus einer Seele 8, die mit einem, vorzugsweise mehreren metallischen Drähten 7 umsponnen ist, und sind mit einer dünnen Schicht Teflon 5 (Fig.3) oder einem anderen Fluorprodukt umhüllt, das vorgesehen ist, ein gegenseitiges Gleiten der Leiter 2, 7 und der Mitläufer 2a beim Arbeiten in bezug aufeinander zu erlauben.
Vorteilhafterweise sind der Drehsinn der elektrischen Leiter und/oder der Mitläufer entgegengesetzt, um eine verdrehfreie Wirkung zu erhalten.
Wie in Fig.3 zu sehen ist, sind die elektrischen Elementardrähte, vorteilhafterweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, in nebeneinanderliegenden Windungen mit geringer Ganghöhe um eine tragende Seele 8 gesponnen, die im allgemeinen aus hoch moduliertem Aramid besteht.
Zusätzllch zu seiner isollerenden Funktion, stellt die Fluorhülle 5 ein leichtes Gleiten der Leiter und der Mitläufer in bezug aufeinander sicher. Die Beflechtung 3 ist eine "Faser"Befleclitung, die aus Aramidelementarfäden besteht. Sie wird unbedingt mit langem Flechtschritt, (Winkel der Flechtarbeit kleiner als 150) ausgeführt. Sie stellt die Zugfestigkeit des Kabels sicher.
Es ist bekannt, daß die Aramidfasern eine sehr geringe Bruchdehnung (von 2% bis 4%) haben, so daß sie den an den Rändern des Kabels aufgebrachten Kräften widerstehen, bevor die Spannung auf die elektrischen Elementardrähte übertragen wird.
Die Hülle 4 aus Polyurethan spielt keine Rolle bei der Zugfestigkeit sondern hat zum Ziel, die Beflechtung gegen Abrasion und allgemeiner gegen Umwelteinflüsse zu schützen.

BEISPIEL:

Ein Kabel gemäß der Erfindung kann aufweisen:
-eine zentrale Seele, die aus Fasern aus Kevlar 49 des spezifischen Gewichts 1,44 zusammengesetzt ist, die in eine Polyurethanmatrize integriert sind.
-um die Seele herum, sechs Bauteile mit dem Durchmesser 1,5mm. Zwei dieser Bauteile sind elektrische Leiter, die aus zwölf Drähten von 0,2mm aus einer Kupferlegierung bestehen, die in nebeneinanderliegenden Windungen um eine Seele aus Kevlar 49, in dem Kern diametral gegenüberliegend, angeordnet sind. Vier sind mitlaufende Bauteile mit dem gleichen Durchmesser wie die elektrischen Leiter. Die elektrischen Leiter sind mit einer Lage PTFE geringer Dicke bedeckt. Die 1+2+4 Konstruktion, die so realisiert ist, stellt den elektrischen elastischen Kern dar und hat einen Durchmesser von 4,8mm.
Der Kern ist von einem Polyurethanfllm mit einer Dicke von 150 Mikrometern umgeben. Auf dieser Konstruktion ist eine Beflechtung aus sechzehn Faserverbünden aus siebzehn Aramidschnüren von 1700dtex (1500 Denier) angeordnet. Der verdichtete Durchmesser der Konstruktion liegt bei 9,6mm bis 9,7mm.
-auf der Beflechtung ist durch Extrusion oder Pultrusion eine Hülle aus Polyurethan mit einer Dicke von 1,15mm angeordnet.
Das Kabel, das man so erhält, hat ein Gewicht von 140 Gramm/Meter. Es weist eine Bruchfestigkeit von 7800 Dekanewton auf und seine Kilometerbruchfestigkeit in Luft ist 56.

Claims

1. Elektrisches Kabel, das Elektrizitätsleiterbauteile und isolierende mechanische Verstär kungsbauteile aus Aramid aufweist, die in einer gespritzten Hülle eingeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbauteile (7) in einem zentralen elastischen Kern (1, 2, 2a) integriert sind, der von einer Verstärkung (3) aus Aramidfasern und einer Hülle (4) umgeben ist, daß der zentrale elastische Kern eine zentrale isolierende Seele (1) aufweist, auf der mitlaufende isolierende Seelen (2a) verdrillt sind, und daß die Leiter (7) um eine tragende Seele (8) gesponnen sind, die mit den Mitläufern (2a) verdrillt ist, so daß die Länge der Leiter (7) größer als die Länge der Seelen (2a, 8) ist, die selbst größer als die Länge der Verstärkung (3) ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mitlaufenden Seelen (2a) und die zentrale Seele (1) aus Litzeu bestehen, die aus hoch modulierten Aramidfasern gebildet sind, die in eine Polyurethanmatrize eingeschlossen sind.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus Aramidfasern (3) aus einer Beflechtung mit langem Flechtschritt gebildet ist, deren Flechtwinkel kleiner oder gleich 15º ist.

4. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementardrähte (7) mit einer Lage (5) eines Fluorprodukts bedeckt sind.

5. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht (6) zwischen dem elastischen Kern (1, 2a, 8) und der Befi9chtung (3) eingefügt ist.