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Verfahren zur Erhöhung der Permeabilität kalt aufgebrachter Bewehrungs-
bzw. Abschirmbänder von Kabeln bzw. Kabelseelen Die Kabeltechnik verwendet in großem
Umfange bandförmige ferromagnetische Werkstoffe, die teils unter dem Kabelmantel
als Abschirm- und Belastungsmaterialien, teils über dem Kabelmantel als Induktionsschutz
gegen starke äußere Felder Verwendung finden. Je nach dem Anwendungsgebiet werden
bei diesen Werkstoffen möglichst hohe Werte entweder der Anfarigspermeabilität oder
der Maximalpermeabilität verlangt. Beide Eigenschaften sind nun gegen eine mechanische
Beanspruchung des Werkstoffes außerordentlich. empfindlich. Da naturgemäß die ferromagnetischen
Bänder beim Aufbringen auf das Kabel stark deformiert werden, besteht seit jeher
das Bestreben, den Einfluß der Deformation, der sich in der Ausbildung innerer Spannungen
äußert und hierdurch einen Rückgang der' Permeabilität nach sich zieht, zu vermindern
oder zu beseitigen. Am einfachsten geschieht dies durch nachträgliches kurzzeitiges
Erwärmen, was bei Krarupadern ohne besondere Schwierigkeiten durchführbar ist, da
das ferromagnetische Band auf eine Kupferader gewickelt ist, die einer Wärmebehandlung
bei 60o bis 700°C ohne weiteres standhält. Für eine derartige Behandlung von Krarupadern
ist es auch bereits bekanntgeworden, das Erwärmen mittels . Hochfrequenz durchzuführen.
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Wesentlich schwieriger wird jedoch die Aufgabe, wenn das ferromagnetische
Band als Armierung oder als Abschirmmaterial dienen soll. Als Bewehrungswerkstoff
muß' das Band nämlich auf eine geteerte Juteunterlage und zum Zwecke der Abschirmung
auf eine leicht brennbare papierumhüllte Kabelseele aufgebracht werden, Beide Arten
von Unterlagen
halten jedoch die zur Beseitigung der inneren Spannungen
erforderliche Wärmebehandlung nicht ohne Beschädigungen aus.
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Um diese Schwierigkeiten wenigstens teilweise zu beseitigen, ist bereits
ein Verfahre.nbekanntgeworden, wonach die Beivehrungsbänder unmittelbar vor dem
Aufbringen auf das Kabel auf über 6oo° C erwärmt und dann im heißen Zustand auf
eine geteerte Jutepolsterung aufgewickelt werden. Um das Entflammen der Unterlage
zu vermeiden, wird diese vor dem Aufbringen des heißen Bandes mit einem wäßrigen
Kaolinaufstrich versehen. Die von dem magnetisierbären Band zageführte Wärme bringt
dann das Wasser des Aufstriches zum Verdampfen. Der Dampf seinerseits verhindert
das Entflammen der sich gleichfalls verflüchtigenden Destillationsprodukte des Teers.
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Dieses bekannte Verfahren versucht demnach von vornherein die Entstehung
nachteiliger Deforn-iationsspannungen zu verhindern, was seinen Niederschlag darin
findet, daß eine beachtliche Verbesserung der Maximalpermeabilität gegenüber im
kalten Zustand aufgewickelten Bändern auf diese Weise erzielt werden kann. .
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch die abschreckende Wirkung des
wäßrigen Kaolinaufstriches erneut innere Spannungen auftreten; die zu einer Permeabilitätsverminderung
führen. Sollte es demnach gelingen, auch diese Spannungen zu vermeiden oder zu beseitigen,
so müßte damit eine weitere Verbesserung der Permeabilitätswerte erhalten werden.
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Hier greift nun die Erfindung ein, die das von Krarupadern her bekannte
Glühverfahren mittels Hochfrequenz benutzt. Die Erfindung besteht in der Anwendung
des Verfahrens zur Erhöhung der Permeabilität kalt aufgebrachter magnetisierbarer
Bänder durch Hochfreqüenzglühung auf mit kalten Bewehrungsbändern, bewickelte Kabel
bzw. mit kalten Abschirmbändern bewickelte Kabelseelen. Die Erwärmung wird zweckmäßig
auf über 6oo° C durchgeführt. Durch das neue Verfahren ist es möglich, Abschirmbänder
auf einer papierisolierten Kabelseele thermisch zu behandeln, ohne die -Seele zu
zerstören.
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Die Erfindung baut auf die folgenden beiden Erkenntnisse auf i. Wird
in ein hochfrequentes elektrisches Feld ein ringförmig aufgewickeltes ferromagnetisches
Band gebracht, so werden bekanntlich nur die äußersten Lagen des Ringes auf sehr
hohe Temperaturen erhitzt. Die äußeren Schichten bilden . einen elektromagnetischen
Schirm und schützen die unteren Lägen vor der zur Erwärmung des Materials führenden
Wirbelstrombildung. Dabei ist die Eindringtiefe des Stromes um so geringer, je höher
seine Frequenz ist.
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Wird nun noch, wie bei der Kabelarmierung, der Bleimantel durch eine
wärmeisolierende Schicht, beispielsweise aus imprägnierter Jute oder Asbest, vom
Bewehrungsband getrennt, dann ist bei kurzzeitiger Erwärmung mittels Hochfrequenz
eine Zerstörung des Mantels unmöglich.
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a. Für die thermische Behandlung von papierumhüllten Kabelseelen,
auf die Abschirmbänder aufgewickelt sind, wurde von folgender bekannter Tatsache
ausgegangen: -Legt man auf ein Blatt Papier eine gut leitende dünne -Metallfolie,
so kann man auf diese Folie ein sehr heißes Metallstück aufbringen, ohne daß das'
unter der Folie liegende Papier angesengt wird; da die Folie die Wärme rasch nach
allen Seiten ableitet und gleichmäßig verteilt.
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Bei der Anwendung. dieses Gedankens auf die abgeschirmte Kabelseele
wird; um die Seele bei der Erwärmung vor dem Entflammen zu schützen, eine entsprechend
der Dicke des Abschirmbandes bemessene Kupferfolie zwischen Kabelseele und Abschirmhand
eingefügt. Es tritt dann lediglich eine Erwärmung des magnetisierbaren Werkstoffes
durch die Wirbelstrombildung ein. Die Kupferfolie leitet bei der kurzen Erhitzungsdäuer,
die zur Beseitigung der im Material vorhandenen inneren Spannungen ausreicht, die
Wärme so- stark ab, daß es zu keiner Verkokung der Kabelseele kommt: Statt einer
Kupferfolie kann selbstverständlich jedes ändere gut wärmeleitende Material in dünner
Schicht verwendet werden, wie beispielsweise metallisiertes Papier.
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In der Tabelle sind nun für eine Reihe von Materialien die Werte der
Maximalpermeabilität angegeben, die bei drei verschiedenen Verfahren erhalten werden.
Die Spalte z enthält die Werte für magnetisierbare Bänder; die im kalten Zustand
aufgebracht und nicht wärmebehandelt wurden, weil dies, wie eingangs erwähnt, nach
dem Aufbringen bisher nicht möglich war. Spalte 3 enthält die #L"Q.r-Werte für 'solches
Material, das kurz vor dem Aufwickeln auf eine Temperatur von 65o bis 700°C erhitzt
und in diesem heißen Zustand aufgewickelt wurde. Diesen Werten gegenübergestellt
sind die Werte der Spalte 5; die für ein erfindungsgemäß behandeltes Material .
gelten, das also im kalten "Zustand aufgewickelt und dann einer kurzzeitigen Erwärmung
auf ebenfalls 650' bis 700°C mittels Hochfrequenz ausgesetzt wurde.
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Die durch das Heißaufwickeln_ gegenüber dem Kaltaufwickeln erhaltene-
Verbesserung ist in Prozenten in Spalte q: angegeben, während
Spalte
6 die durch die erfindungsgemäße Anwendung des* bekannten Verfahrens erzielte Verbesserung
enthält, und zwar in Unterspalte a gegenüber den durch Kaltaufwickelnund- in Unterspalte
b gegenüber den durch Heißaufwickeln erhaltenen Werten. Schließlich ist aus Spalte
i die Zusammensetzung der Legierung zu entnehmen.
| i 2 3 4 5 |
| Eisenlegierung mit Ver- Kalt Verbesserung |
| aufgew Kalt ickelt aufgewißkelt besserung h chfrequeni |
| °/° Si °/° Al' u/" geglüht a I b |
| 0 35 1,o6 291o 386o 33 426o 47 11 |
| - 3200 - 412o 29 475o 49 16 |
| 2,31: |
| -- 4,0 36oo 4320- 2o 458o 27 6 |
| 3,0 - 4100 5380 30 715o 74 33 |
| 3,0 -. 4000 538o 35 68oo 70 26 |
| 3,0 - 4100 5050 24 6ooo 46 19 |
| 3,0 - 4o8o 528o 30 623o 58 18 |
| 3,0 - 4100 5380 31 655o 59 22 |
| 3,0 - 415o 5500 32 6500 58 18 |
Die in der Tabelle angegebenen Werte wurden auf folgende Weise gefunden: Von je
12m langen Stücken wurde die eine Hälfte kalt, die ,andere Hälfte heiß aufgewickelt.
Es wurden an den kalt aufgewickelten Bändern die Werte der Spalte 2 und an den heiß
aufgewickelten Bändern die Werte der Spalte 3 gefunden. Nach der Messung wurden
die kalt aufgewickelten Materialien im Hochfrequenzfeld kurzzeitig geglüht. Die
nochmalige Messung ergab dann die Werte der Spalte 5.
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Es ist aus der Tabelle sofort die große; Verbesserung der Maximalpermeabilität
ersichtlich, die durch die Erfindung erzielt wird und die im Durchschnitt gegenüber
dem Kaltaufbringen 54% und gegenüber dem Heißaufbringen i9% beträgt. Durch das bekannte
Heißaufwickeln konnten gegen das Kaltaufwickeln im Durchschnitt aber nur 29 % Verbesserung
erzielt werden. Diese Verbesserung erklärt -sich aus der Beseitigung der durch das
Aufwickeln in das Material hineingebrachten inneren Spannungen, wobei die für diese
Beseitigung erforderliche Nachglühung durch die - erfindungsgemäße Anwendung eines
Hoclifrequenzfeldes ermöglicht wird.
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Für die in der Tabelle angegebenen Meßwerte wurden Eisenlegierungen
mit Silicium-und/oder Aluminiumzusatz verwendet, die durchschnittlich mit einem
Walzgrad -von 6o bis 70 % kalt verformt waren. Es ist selbstverständlich, daß sich
die durch das Ver-'fahren gemäß der Erfindung erzielte Verbesserung der Permeabi'litätswerte
noch weiter steigern läßt; wenn der jeweils für das Maferial günstigste Endverformungsgrad
bei der Kaltwalzung und die günstigste Schlußglühung gewählt werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch nicht auf die als Beispiele
gebrachten Legierungen beschränkt, sondern kann mit gleichem Vorteil bei allen für
die Bewehrung bzw. Abschirmung von Kabeln geeigneten ferromagnetischen Werkstoffen
angewendet werden.