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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kabel, die in Leitungskanälen, Kabelkanälen, Kabelpritschen
oder anderen Durchgängen
verlegt werden, und insbesondere eine Schmierüberzugsschicht, die an einem äußeren Mantel
oder einer äußeren Isolierung
eines Kabels angebracht ist, um die Handhabung des Kabels während der
Lagerung, sowie während
und nach der Verlegung der Kabel in Leitungskanälen, Kabelkanälen, Kabelpritschen
oder anderen Durchgängen
zu erleichtern.
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Hintergrund
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Energieübertragungskabel,
wie beispielsweise elektrische Energiekabel und Kommunikationsdaten-Übertragungskabel,
sind üblicherweise
konstruiert mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und schließen eine
feste Isolierungsummantelung oder -hülle ein, welche die inneren
Komponenten des Kabels einschließt. Die Form und Zusammensetzung
der äußeren Oberfläche der
Hülle des
Kabels bestimmt die Leichtigkeit, mit der das Kabel gegen und in
Kontakt mit einer anderen Oberfläche,
wie beispielsweise der äußeren Oberfläche des äußeren Mantels
eines anderen Kabels oder der inneren Wandoberfläche eines Durchgangs, in welchem
das Kabel verlegt wird, gedrückt
oder gezogen werden kann. Häufig
wird ein Kabel in einem Durchgang, beispielsweise einem Leitungskanal
verlegt, welcher andere Kabel, beispielsweise optische Faserkabel
oder elektrische Energiekabel enthält.
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Die
Reibung zwischen einem Kabel und einer anderen Oberfläche, welche
das Kabel berührt,
widersetzt sich der Bewegung des Kabels und setzt das Kabel oder
seine inneren Komponenten Spannung aus, wenn das Kabel gegenüber der
Oberfläche
bewegt wird. Die Größe der Spannung,
welcher das Kabel ausgesetzt ist, vergrößert sich mit der Länge des
Kabels, das der Reibung ausgesetzt ist. Die Spannung auf dem Kabel,
die durch Reibung erzeugt wird, kann Beschädigung oder Schaden an den
Komponenten des Kabels verursachen. Wenn beispielsweise eine zu
große
Zugkraft während
der Verlegung auf ein Kabel ausgeübt wird als Ergebnis der Reibung,
die entlang einer großen
Länge des
Kabels auftritt, das über
eine andere Oberfläche gezogen
wird, kann sich das Kabel über
ein erlaubtes Ausmaß hinaus
dehnen. Diese übermäßige Dehnung kann
Knicke oder Brüche
im Kabel verursachen, welche den Kabelmantel und die internen Komponenten
des Kabels ernsthaft beschädigen.
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Es
ist bekannt, zu dem Zeitpunkt, wenn das Kabel in einen Leitungskanal
verlegt werden soll, ein Schmiermittel auf den Mantel eines Kabels
aufzubringen, oder ein Schmiermittel auf die ganz innen liegende Oberfläche des
Leitungskanals aufzubringen, in welchem das Kabel verlegt werden
soll, wie beispielsweise durch Fluten von Schmiermitteln in den
Leitungskanal, um die Reibung zwischen den entsprechenden Oberflächen des
Kabels und des Leitungskanals, welche während der Kabelverlegung miteinander
in Kontakt stehen, zu verringern. Siehe beispielsweise US-Patente
3,565,213 und 4,063,617, welche Verfahren zur Schmierung eines Kabels
beschreiben, wenn das Kabel in einen Leitungskanal gezogen wird.
Unsachgemäße oder unzureichende
Schmierung entweder des Kabels oder des Leitungskanals kann zur
Beschädigung
des Kabels führen,
wenn das Kabel während
oder nach der Verlegung am Verlegungsort gegen die innerste Oberfläche des
Leitungskanals gezogen wird.
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Die
Aufbringung eines Schmiermittels auf ein Kabel oder einen Leitungskanal,
in welchem das Kabel verlegt werden soll, zum Zeitpunkt der Verlegung,
ist jedoch nicht immer eine einfache, preiswerte und praktische
Prozedur. Beispielsweise können
die Umweltbedingungen, die am Verlegungsort vorherrschen, hart sein. Zusätzlich können die
zusätzliche
Arbeitskraft und erforderliche Ausrüstung, um das Schmiermittel
aufzubringen, Kosten verursachen. Darüber hinaus kann die gesamte
Schmierprozedur sehr zeitraubend sein.
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Gegenwärtig sind
viele bekannten Schmiermittel, die am Verlegungsort auf ein Kabel
aufgebracht werden, aus fett-, öl-
oder gelartigem Material hergestellt, die sämtlich verursachen können, dass
ein schmutziger, schwerer Rückstand
von Schmiermittel auf dem Kabelmantel verbleibt. Dieser schmutzige
Rückstand
kann die anschließende
Handhabung und Operationen, um Zugang zu internen Komponenten des
Kabels zu erhalten, beispielsweise das Spleißen eines optischen Faserkabels,
um Zugang zu den Einzelfasern im Kabel zu erhalten, behindern.
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US-Patent
Nr. 3,925,216 versucht die Probleme zu lösen, welche ein Rückstand
auf dem Kabelmantel verursachen kann, indem ein Schmiermittel offenbart
wird, das nach der Verlegung verdampft. Das Schmiermittel des '216-Patents ist jedoch
eine Alkohol-Wasser-Lösung
und es ist bekannt, dass Alkohol potenziell einen nachteiligen Effekt
auf typische Kabelmantelmaterialien, wie Polyethylen und Polypropylen
besitzt. Zusätzlich
wurde gefunden, dass das Schmiermittel des '216-Patents schnell verdampft, was folglich
seine Aufbringung in der Nähe
oder am Verlegungsort erfordert, was unpraktisch und zeitraubend
sein kann. Darüber hinaus
ist das Schmiermittel des '216-Patents
wasserlöslich
und kann folglich vom Kabelmantel entfernt werden oder abgewaschen
werden, wenn ein Kabel mit einem solchen Schmiermittel in einem
Leitungskanal verlegt wird, wo sich Wasser gesammelt hat oder sammelt.
Folglich kann mit der Zeit das Schmiermittel, welches auf den Mantel
aufgebracht wurde, um das Ziehen des Kabels zu erleichtern, am Mantel
fehlen, wenn die Notwendigkeit auftritt, das Kabel innerhalb eines
Leitungskanals zu bewegen oder daraus zu entfernen.
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US-Patent
Nr. 4,170,673 offenbart ein gelartiges halbflüssiges Schmiermittel für ein Kabel,
das nicht verdampft. Dieses Schmiermittel kann jedoch schmutzig
aufzubringen und zu verwenden sein und ist zusätzlich mit Wasserspülung entfernbar.
Somit kann, wie das Schmiermittel des '216-Patents, wenn das Kabel in einem
Leitungskanal verlegt wurde, in welchem sich Wasser sammelt oder
in welchen Wasser hineinfließt,
das Kabel anschließend
nicht leicht aus dem Leitungskanal entfernt oder darin bewegt werden.
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Die
US-Patente 4,522,733 und 4,461,712 offenbarte im wesentlichen neutrale
wässrige
Schmiermittel, welche auf Kabel aufgebracht werden können, die
in wassergefüllten
Leitungskanälen
verlegt werden sollen. Diese Schmiermittel verdampfen langsam und
hinterlassen bei der Verdampfung einen Rückstand, welcher wesentliche
Schmiereigenschaften für
eine wesentliche Zeit, nachdem das Kabel in einem wassergefüllten Leitungskanal
verlegt wurde, bieten. Diese Schmiermittel sind jedoch nicht dauerhaft
und können
sich von einem Kabel abnutzen, sogar bevor der Rückstand selbst verdampft, wenn
das Kabel starke Beanspruchung erfährt, wenn es durch einen Leitungskanal
oder über
ein anderes Kabel gezogen wird. Diese Schmiermittel sind darüber hinaus
am effektivsten, wenn sie immer noch in einem wässrigen Gel sind, was zu den
oben diskutierten Nachteilen führt.
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US-Patent
Nr. 4,781,847 offenbart ein Schmiermittel, das langsam verdampft
und effektive trockene Schmierung bietet, wodurch die meisten der
vorgenannten Probleme in Bezug auf das Schmiermittel, welches auf
ein Kabel angebracht wird, gelöst
zu werden scheinen. Es wurde jedoch gefunden, dass das Schmiermittel des '847-Patents nicht
dauerhaft ist und vom Mantel entfernt oder abgenutzt werden kann
im Ergebnis starker Beanspruchung des Kabels, während das Kabel gezogen wird.
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Es
besteht folglich ein Bedarf nach einer Schmierüberzugsschicht für einen
Mantel eines Kabels, die während
des Kabelherstellungsverfahrens leicht aufgebracht wird; trocken,
nicht-klebrig und wasserunlöslich ist,
sobald eine Schmierzusammensetzung, aus welcher die Schmierüberzugsschicht
gebildet wird, auf das Kabel aufgebracht und getrocknet und gehärtet ist;
keinen schmutzigen Rückstand
auf dem Kabel ergibt; einen hohen Grad von Schmierung auf der Kabelmanteloberfläche für einen
langen Zeitraum, nachdem sie auf dem Kabel aufgebracht wurde, einschließlich der
Zeit im Anschluss an die Verlegung des Kabels in einem Durchgang
aufrechterhält;
ein dauerhafter Überzug
ist, welcher der Abnutzung widerstehen kann, die mit der abrasiven
Beanspruchung im Zusammenhang steht, welcher ein Kabel gewöhnlich ausgesetzt
ist; nicht entflammbar ist; und die obigen Eigenschaften nach wie
vor aufweist, nachdem sie einem weiten Bereich von Temperaturen
und Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt war.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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FR-A-2674364
offenbart ein Energieübertragungskabel
mit einer äußeren Abdeckung,
die einen Kern umgibt, der ein Energieübertragungsmedium enthält, einer
trockenen, nicht-klebrigen
Schmierüberzugsschicht,
die an die Abdeckung haftet und eine äußere Oberfläche besitzt, welche die äußere Oberfläche des Kabels
bildet. Die Schmierüberzugsschicht
ist ein Gemisch von Kunststoffmaterial und Silikonharz, das mit
einem Coextrusionsverfahren auf die äußere Abdeckung aufgebracht
wird.
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Die
Erfindung stellt ein Energieübertragungskabel
zur Verfügung,
das eine äußere Abdeckung,
die einen Kern umgibt, der ein Energieübertragungsmedium enthält, eine
trockene, nicht-klebrige Schmierüberzugsschicht,
die an die Abdeckung haftet und eine äußere Oberfläche hat, welche die äußere Oberfläche des
Kabels bildet, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht
ein Schmiertrennmittel ist, das geeignet ist für die Aufbringung auf die Abdeckung
in einem Wasserträger
und welches an die Wand der Abdeckung haftet und wobei die äußere Oberfläche der
Schicht einen Reibungskoeffizienten in Bezug auf eine eingreifende Oberfläche besitzt,
der mindestens etwa 20% geringer ist als der Reibungskoeffizient
der Oberfläche
der Abdeckung ohne die Schicht in Bezug auf die eingreifende Oberfläche, wobei
die eingreifende Oberfläche
die Oberfläche
einer Metallplatte ist oder ein Kunststoffmaterial umfasst.
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Die
Erfindung schließt
ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Energiekabels, das eine äußere Abdeckung
und eine trockene, nicht-klebrige Schmierüberzugsschicht aufweist, die
an die äußerste Oberfläche der äußeren Abdeckung
haftet, ein, welches die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellung
eines Kerns, der Energieübertragungsmedien
enthält;
und
Anbringen einer äußeren Abdeckung
an den Kern; dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmiertrennmittel
in einem Wasserträger
auf die äußere Abdeckung
aufgebracht wird;
Trocknen des Schmiertrennmittels, um den
Wasserträger
zu verdampfen, so dass eine Schmierüberzugsschicht des Trennmittels
auf der äußeren Abdeckung
verbleibt und darauf haftet, wobei die äußere Oberfläche der Schmierschicht einen
Reibungskoeffizienten in Bezug auf eine eingreifende Oberfläche besitzt,
der mindestens 20% geringer ist als der Reibungskoeffizient einer
Oberfläche
der äußeren Abdeckung ohne
die Schicht in Bezug auf die eingreifende Oberfläche; und
Aufnehmen des
Kabels mit der getrockneten Schmierüberzugsschicht auf der äußeren Abdeckung
auf einer Lagerungseinrichtung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Kabelfertigungslinie zur Aufbringung einer Schmierüberzugsschicht
auf einen äußeren Mantel
eines Kabels in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird beschrieben in Verbindung mit einem elektrischen
Versorgungskabel, das eine Schmierüberzugsschicht auf seinem äußeren Kunststoffmantel
aufweist, und der Aufbringung einer Zusammensetzung, aus welcher
die Schmierüberzugsschicht
gebildet ist, auf den Mantel des Kabels während der Kabelfertigung. Es
versteht sich, dass das Kabel, auf welchem die Schmierüberzugsschicht
während
der Kabelfertigung aufgebracht wird, ein beliebiger Typ von Energieübertragungskabel
sein kann, wie beispielsweise ein optisches Faserkabel, ein Kabel,
das einen oder mehrere elektrische Leiter enthält, oder ein Kabel, das sowohl
optische als auch elektrische Transmissionsmedien enthält, und
dass die Schmierüberzugsschicht auf
der äußeren Abdeckung,
wie beispielsweise dem äußeren Mantel
oder der äußeren Isolierung
solcher Kabel angebracht werden kann.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird eine Schmierüberzugsschicht, die aufgebracht
wird auf einen Mantel eines elektrischen Spannungsversorgungskabels
während
der Fertigung des Kabels, wie nachstehend ausführlich beschrieben, aus einer
Schmierzusammensetzung gebildet, die im wesentlichen aus etwa 85
bis etwa 99,9 Gew.% Wasserträger
und etwa 15 bis etwa 0,1 Gew.% Trennmittel besteht. Das Trennmittel
besteht vorzugsweise im wesentlichen aus einem Organopolysiloxan
oder einem Polyalkylsiloxan mit gepfropften Polyetherfunktionalitäten, und
am meisten bevorzugt einem organischen Siloxanpolymer mit einem
organischen Emulgator oder in Suspension. In einer alternativen
Ausführungsform
kann das Trennmittel weitere Zusatzstoffe einschließen, wie
beispielsweise ein Biozid, um dem Abbau der Schmierüberzugsschicht
durch Luft oder Bakterien zu widerstehen, vorzugsweise ist der weitere
Zusatzstoff jedoch kein halogenhaltiger Zusatzstoff.
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LE-323,
das im Handel erhältlich
ist von OSI Specialties Inc. of Greenwich, CT, stellte sich als
ein geeignetes Trennmittel für
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung heraus. LE-323
ist ein hydroxyterminiertes Polydimethylsiloxan, das etwa 35% Silikongehalt
aufweist, mit einem anionischen Emulgator. Das Hauptschmiermittel
in LE-323 wird vom Silikonanteil geliefert. LE-323 besitzt auch
ein hohes Molekulargewicht, was seine Dauerhaftigkeit als Schmiermittel
auf dem Kabelmantel oder der äußeren Isolierung
erhöht. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung
hergestellt aus einer Mischung von LE-323 und Wasser, wobei der
Wassergehalt vorzugsweise größer als
etwa 90 Gew.% der Mischung ist.
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ALE-75,
welches im Handel erhältlich
ist von OSI Specialties Inc. of Greenwich, CT, stellte sich ebenso als
geeignetes Trennmittel für
eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
heraus. ALE-75 ist ein Aminoalkylorganomodifiziertes Polydimethylsiloxan,
das einen Silikongehalt von etwa 60% aufweist, mit einem nichtionischen
Emulgator. ALE-75 hat ein niedriges Molekulargewicht, was seine
Haftung an den äußeren Mantel
oder die äußere Isolierung
des Kabels verstärkt.
Die funktionelle Aminogruppe in ALE-75 liefert sekundäre Wasserstoffbindungen
innerhalb des Schmiermittels und zwischen dem Schmiermittel und
dem äußeren Mantel
oder der äußeren Isolierung
des Kabels, was auch die Dauerhaftigkeit des Schmiermittels erhöht. Wie LE-323
wird das Hauptschmiermittel in ALE-75 durch den Silikongehalt zur
Verfügung
gestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
hergestellt aus einer Mischung aus ALE-75 und Wasser, wobei der
Wassergehalt vorzugsweise größer als
etwa 90 Gew.% der Mischung ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Trennmittel aus einer Mischung aus LE-323 und ALE-75 in
beliebiger Konzentration gebildet sein, um die Vorteile der Dauerhaftigkeit
und Haftungseigenschaften der zwei Zusammensetzungen entsprechend
auszunutzen. Das resultierende Trennmittel wird mit Wasser vermischt,
um eine Beschichtungszusammensetzung zu bilden, wobei der Wassergehalt
vorzugsweise größer als
etwa 90 Gew.% der Mischung der resultierenden Beschichtungszusammensetzung
ist.
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Aqualift
W-3133, welches im Handel erhältlich
ist von Franklyn Industries, stellte sich ebenso als geeignete Beschichtungszusammensetzung
für eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung heraus. Aqualift W-3133 ist eine Emulsion mit Silikonanteil
in einem Wasserträger.
Vorzugsweise ist der Anteil des Wasserträgers mindestens etwa 85% der
Formulierung und derjenige des Trennmittels ist weniger als etwa
15% der Formulierung. Experimente haben ergeben, dass, wenn Aqualift
W-3133 auf den Mantel eines Kabels aufgebracht wird, mindestens
etwa 85% des Aqualift W-3133
auf dem Mantel des Kabels ausgehärtet
wird, nachdem der Wasserträger
verdampft ist, und ein Rückstand
verbleibt auf dem Mantel, welcher nicht-klebrig und trocken ist und
eine dauerhafte Schicht auf dem Kabelmantel wird. In einer bevorzugten
Ausführungsform
besitzt Aqualift W-3133, in seiner gehärteten und getrockneten Form
auf dem Mantel des Kabels, eine radiale Dicke von etwa 0,001 inch
oder weniger (näherungsweise
0,0254 mm) und wird in etwa 10 Sekunden bei etwa 140°F (näherungsweise
60°C) oder
in etwa 24 Stunden bei Raumtemperatur zu etwa 85% gehärtet. LE-323
und ALE-75 haben ähnliche
Trocknungszeiten.
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Schmierzusammensetzungen,
die jeweils LE-323, ACE-75 und Aqualift W-3133 einschließen, wurden auf
den äußeren Isolationsmantel
eines Niederspannungs- 750 KCM-Energiekabels,
das bei Spannungen zwischen etwa 0 V und etwa 600 V arbeitet, aufgebracht,
wobei der Mantel eine Formulierung auf EVA-Basis ist. Vorzugsweise
schließt
der Kabelmantel ein Isolierungsmaterial ein, das etwa 50 bis etwa
100 Gew.% hydratisierten Mineralfüllstoff und eine Elastomer- oder Plastomerzusammensetzung
auf Basis von Gemischen, deren Hauptbestandteil EVA ist, und die
frei von Halogenen, Schwefel und Stickstoff sind, umfasst. Der hydratisierte
Mineralfüllstoff
macht etwa 30 bis etwa 80 Gew.% des Mantels aus, und die Elastomer-
oder Plastomerzusammensetzung macht etwa 70 bis etwa 20 Gew.% des
Mantels aus. Wenn die vorgenannten Zusammensetzungen jeweils auf
den Mantel eines solchen elektrischen Kabels aufgebracht wurden,
wurde gefunden, dass die Haft- und Gleitreibungskoeffizienten der
statischen und kinetischen Reibung zwischen dem Mantel des Kabels
und einer typischen Oberfläche,
gegen welche das Kabel gezogen werden soll, um etwa 35% bis etwa
65% verringert waren, im Vergleich zu den Reibungskoeffizienten
zwischen dem Kabel ohne eine solche Beschichtungszusammensetzung
auf seinem Mantel und der typischen Oberfläche, gegen welche das Kabel gezogen
wird. Die typische Oberfläche,
gegen die ein Kabel bewegt wird, kann eine Metalloberfläche, wie
beispielsweise die Aluminiumoberfläche einer Kabelpritsche, eine
mit Baumwolle umflochtene (cotton-braided) äußere Isolierungsschicht eines
Kabels oder eine Kunststoffoberfläche, wie PVC, Polyethylen,
chlorsulfoniertes Polyethylen oder ein hochgefülltes EVA, oder ein beliebiges
anderes geeignetes Mantelmaterial umfassen. Die reibungsverringernden
Eigenschaften, die durch die Schmierüberzugsschicht erreicht werden,
blieben im wesentlichen unbeeinflusst, wenn das Kabel extremer Kälte oder
Hitze, hoher Luftfeuchtigkeit, Untertauchen in Wasser und Abrieb
durch Ziehen gegen andere unter Spannung stehende Kabel, welche
nicht die Überzugsschichteigenschaften
auf ihren Mänteln
aufweisen, ausgesetzt war.
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Die
Kabel, jeweils mit den zuvor erwähnten
Zusammensetzungen auf ihre Mäntel
angebracht, wurden mit einem modifizierten ASTM D 1894-Testaufbau
getestet, der angepasst war, um Kabel zu testen, die unterschiedlichen
Umwelt- und Alterungsbedingungen ausgesetzt waren. ASTM D 1894 ist
ein bekanntes Testverfahren, das üblicherweise benutzt wird,
um die Reibungskoeffizienten eines dünnen Films zu messen. Das Experiment
schloss das Ziehen eines Teiles von einem Fuß (näherungsweise 305 mm) des elektrischen
Kabels mit der Schmierüberzugsschicht
darauf für
eine Strecke von 20 inch (näherungsweise
508 mm) und bei einer Geschwindigkeit von 20 inch/min (näherungsweise
508 mm/min) entlang eines Substrats mit derselben Zusammensetzung
wie der Mantel des getesteten elektrischen Kabels ein. Die Reibungskoeffizienten
der geschmierten Kabel in Bezug auf eine ungeschmierte Kabeloberfläche wurden
anfänglich
bei Raumtemperatur untersucht und dann wurden die geschmierten Kabel
bei Raumtemperaturbedingungen getestet, um die Reibungskoeffizienten
zwischen den geschmierten Kabeln und den Testoberflächen zu
bestimmen, nachdem die Kabel unterschiedlichen Umwelt- und Alterungsbedingungen
unterzogen worden waren.
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Tabellen
1 bis 3 illustrieren die Resultate der Experimente. Es wurde gefunden,
dass die oben diskutierten drei bevorzugten Überzugszusammensetzungen die
Haft- und Gleitreibungskoeffizienten (COF), gemessen zwischen dem
Kabel und der Manteloberfläche
des Kabels ohne Schmierung und gegen welches das Kabel bewegt wurde,
wenn die geschmierten Kabel kalten Temperaturen von etwa –35°C für vier Stunden, 95%
Feuchtigkeit bei einer Temperatur von etwa 100°F (näherungsweise 38°C) für drei Tage,
Eintauchen in Leitungswasser bei Raumtemperatur für etwa eine
Stunde, einer Temperatur von etwa 121°C für sieben Tage und Schaben gegen
eine Metalloberfläche
(Abrieb) ausgesetzt waren, signifikant reduzieren.
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Es
ergibt sich, dass Resultate an Kabeln mit einem anderen Kunststoffmantel
als dem oben beschriebenen Mantel abweichen können, was jedoch die Reibungskoeffizienten
zwischen dem Kabel mit der Schmierüberzugsschicht und der anderen
Oberfläche
in ähnlicher
Weise verringern würde
im Vergleich zu den Reibungskoeffizienten zwischen dem ungeschmierten
Kabel und der anderen Oberfläche.
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Es
wurde ebenso gefunden, dass die Haft- und Gleitreibungskoeffizienten
zwischen dem Kabel mit einer Schmierüberzugsschicht aus Aqualift
W-3133 und einer Aluminiumplatte um etwa 42% oder mehr im Vergleich
zu den Reibungskoeffizienten zwischen dem ungeschmierten Kabel und
der Aluminiumplatte verringert werden. Aluminium ist ein gebräuchliches
Material, das in Kabelpritschen gefunden wird, durch die optische Faserkabel
geführt
werden.
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Es
wurde ebenso gefunden, dass, wenn ein 15 inch- (näherungsweise
381 mm) Kabelprobenstück dreimal
so über
eine scharfe Metallkante bei Raumtemperatur geschabt wurde, dass
mindestens eine etwa 25 N Normalkraft am Schabepunkt auf das Kabel
ausgeübt
wurde, die gewünschten
Eigenschaften der Schmierüberzugsschicht
im wesentlichen unverändert
blieben.
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Wie
zusätzlich
gefunden wurde, waren die Reibungskoeffizienten zwischen dem geschmierten
Kabelsegment und dem Kabelsubstrat in ähnlicher Weise verringert,
wenn ein geschmiertes Kabelsegment über ein Kabelsubstrat gezogen
wurde, das auf Temperaturen zwischen etwa 83°C und etwa 88°C erhitzt
war, was die Temperaturen am Mantel eines Kabels simuliert, wenn
es unter Spannung gesetzt ist.
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Vorzugsweise
bietet ein Kabel mit der Schmierüberzugsschicht,
das Temperaturen ausgesetzt ist, die von –60°C bis 200°C reichen, weiterhin die reibungsverringernden
Eigenschaften und es bleibt auch wasserunlöslich, nicht-klebrig, trocken
und an den Mantel haftend. Trocken, wie es erfindungsgemäß verwendet
wird, ist so definiert, dass eine im wesentlichen unbeträchtliche
Menge Flüssigkeit
oder Wasser enthalten ist, insbesondere im Vergleich zum Flüssigkeitsgehalt
von Materialien, wie Öl,
Gel oder Fett. Nicht-klebrig, wie es erfindungsgemäß verwendet
wird, ist definiert im Hinblick auf das Empfinden, das von einer
Menschenhand gefühlt wird,
wenn die Hand eine Oberfläche
mit null oder im wesentlichen keiner Feuchtigkeit darauf berührt, und
als das Phänomen,
das beim Kontakt zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die nicht-klebrig
ist, d.h. der Oberfläche
mit der Schmierüberzugsschicht
darauf, es kein Restmaterial gibt, das auf der nicht-klebrigen Oberfläche von
der ersten Oberfläche
verbleibt, was die erste Oberfläche
auch immer sei, nachdem die ersten und zweiten Oberflächen voneinander
getrennt sind, und es gibt keinen Widerstand, der die Trennung der
ersten und zweiten Oberflächen,
nachdem sie in Kontakt miteinander sind, verhindert.
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Am
meisten bevorzugt verbleibt die Schmierüberzugsschicht an den Mantel
haftend, ist wasserunlöslich,
nicht-klebrig und trocken und verringert die Reibungskoeffizienten
an der äußerten Kabeloberfläche in Bezug
auf eine eingreifende Oberfläche,
wenn das Kabel ausgesetzt ist: (i) einer Umgebung kalter Temperatur, bei
der Temperaturen häufig –50°C erreichen,
welches etwa die Temperatur ist, bei der optische Faserkabel, als
unbeeinflusst arbeitend eingestuft werden; und (ii) Betriebstemperaturen
im Notfall, die 140°C
erreichen, welches etwa die Temperatur ist, welche ein Mittel- oder
Hochspannungskabel, welches bei Spannungen zwischen etwa 2 kV bis
etwa 69 kV bzw. etwa 69 kV bis etwa 230 KV betrieben wird, erreichen
kann, wenn solche Kabel unter Spannung gesetzt sind.
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Zusätzlich sind
die zuvor erwähnten
Zusammensetzungen darin vorteilhaft, dass sie nicht entflammbar sind
und nicht eine nennenswerte Menge Qualm erzeugen, wenn sie einer
Flamme ausgesetzt sind, so dass sie die Entflammbarkeits- und Qualmanforderungen
des Kabels nicht nachteilig beeinflussen. Auch verbleibt der aus
diesen Zusammensetzungen hergestellte Überzug fast unendlich auf dem
Kabelmantel, ohne irgendwelche Sicherheitsstandards des Kabels zu
beeinträchtigen.
Der Überzug
ist auch vorzugsweise frei von enthaltenem Halogen.
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1 veranschaulicht
eine beispielhafte Kabelfertigungslinie 10 für das Aufbringen
der Zusammensetzung, auf welcher die erfindungsgemäße Schmierüberzugsschicht
gebildet ist, auf die äußere Oberfläche des äußersten
Mantels eines Kabels. Es versteht sich, dass die Zusammensetzung,
aus der die erfindungsgemäße Schmierüberzugsschicht
auf einem Kabel gebildet ist, in der Linie 10 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung auch auf eine äußere Isolierung eines Kabels
aufgebracht werden kann. Die Schmierung des Mantels eines Kabels
in der Linie 10 ist bevorzugt, weil eine dauerhafte gleichförmige Überzugsschicht
mit den gewünschten,
oben beschriebenen Eigenschaften auf dem Kabel des Mantels wirksam,
wirtschaftlich und relativ leicht erhalten werden kann. Somit werden
die Notwendigkeit zur Schmierung und die Schwierigkeiten im Zusammenhang
mit der Schmierung am Verlegungsort beseitigt.
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In 1 schließt die Linie 10 in
aufeinanderfolgender Reihe ein Gerät zum Anbringen einer Hülle 12, ein
Gerät zum
Aufbringen des Schmiermittels 14, eine Vorrichtung zum
Trocknen und Härten 16 und
eine Kabellagerungsvorrichtung 26 ein. Das Gerät zum Anbringen
einer Hülle 12 ist
geeigneterweise ein Extruder, welcher thermoplastisches Material,
wie beispielsweise Polyethylen, oder einen Duroplasten über einen
Kabelkern extrudiert, der dem Gerät 12 zugeführt wird.
Das Gerät
zum Anbringen einer Hülle 12 schließt eine
Trocknungseinrichtung, wie beispielsweise Durchlaufkühlung (nicht
gezeigt) ein, welche das Kunststoffmaterial kühlt, welches dem Kern zugeführt wird.
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Das
Gerät zum
Aufbringen des Schmiermittels 14 kann ein Aerosolsprüh-, ein
Düsensprüh-, ein
Tank- und Tropfsystem, ein Durchlaufbad oder einen Schwammwischer
(sponge wipe) einschließen.
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Die
Vorrichtung zum Trocknen und Härten 16,
welche dem Gerät
zum Aufbringen des Schmiermittels 14 in Linie 10 folgt,
kann eine Lufttrocknungseinrichtung, eine Heißluftspülungseinrichtung (hot air wipe means)
oder eine Heizkammer einschließen
und ist vorzugsweise ein 5 m langes geheiztes Metallrohr.
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Die
Kabellagerungsvorrichtung 26 ist eine herkömmliche
Aufwickelspule oder eine Trommel.
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Im
Betrieb wird ein Kern 18 von Energieübertragungskomponenten, der
ansonsten vollständig
gefertigt ist, dem Gerät
zum Anbringen einer Hülle 12 zugeführt. Das
Gerät zum
Anbringen einer Hülle 12 bringt vorzugsweise
durch Extrusion eine polymerisierte Kunststoffüberzugszusammensetzung auf
den Kern 18 an. Die Kunststoffüberzugszusammensetzung kühlt sich
ab und wird ein Mantel 20 auf dem Kern 18. Der
Mantel 20 kann aus Kunststoff oder anderen üblichen
Isoliermaterialien, die in elektrischen oder optischen Kabeln verwendet
werden, hergestellt sein.
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Der
Kern 18 mit dem Mantel 20 läuft durch das Gerät zum Aufbringen
des Schmiermittels 14, welches die erfindungsgemäße Zusammensetzung
auf dem Mantel 20 aufbringt und so eine Schmierüberzugsschicht darauf
bildet. Wenn der Kern 18 das Gerät 14 verlässt, befindet
sich eine überzugsschicht 22W auf
dem Mantel 20. Die Schicht 22W ist die erfindungsgemäße Schmierzusammensetzung
in ihrer ungehärteten
und ungetrockneten Form und ist feucht und nicht-klebrig bei Berührung, weil
die Wasserkomponente der Zusammensetzung noch nicht getrocknet und
gehärtet
wurde.
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Der
Kern 18 gelangt dann durch die Vorrichtung zum Trocknen
und Härten 16.
Die Vorrichtung 16 trocknet und härtet die Überzugsschicht 22W,
indem Hitze darauf angewandt wird. Vorzugsweise wird die Schicht 22W für etwa 10
Sekunden in eine Kammer gestellt, die auf etwa 140°F (etwa 60°C) erhitzt ist.
Die Vorrichtung 16 verdampft den Wasserträgerteil
der Überzugszusammensetzung
und hinterläßt eine
trockene, nichtklebrige Schmierüberzugsschicht 22D auf
dem Kabelmantel 20, wenn der Kern 18 aus der Vorrichtung zum
Trocknen und Härten 16 heraustritt.
Die trockene, nicht-klebrige Schmierschicht 22D ist somit
das Endprodukt, das nach dem Trocknen und Härten der Schicht 22W erhalten
wird.
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Der
Kern 18 mit dem Mantel 20 und der Schicht 22D auf
dem Mantel 20 wird dann der Lagerungseinrichtung 26,
wie beispielsweise einer Aufwickelspule zugeführt. Die getrocknete und gehärtete Schicht 22D kann
vor dem Aufwickeln auf die Spule 26 weiterer Verarbeitung
unterzogen werden, wie beispielsweise der Anbringung von Tinten-
oder Farbenmarkierungen darauf. Im normalen Betrieb wird die Liniengeschwindigkeit einer
Kabelfertigungslinie nicht verringert durch Aufbringung der Schmierzusammensetzung,
aus welcher die Schmierüberzugsschicht
auf den Kabelmantel aufgebracht wird und ihr Trocknen und Härten.
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In
einer alternativen Ausführungsform
schließt
die Linie 10 nicht die Vorrichtung 16 ein und
die Schicht 22W wird für
eine ausreichende Zeit, wie beispielsweise für etwa 24 Stunden bei Raumtemperatur,
getrocknet und gehärtet,
um die trockene, nicht-klebrige Schicht 22D zu erhalten.
Obwohl die Überzugsschicht 22W bei Raumtemperatur
getrocknet werden kann, fördert
die Anwendung von Wärme
zum Trocknen der Schmierüberzugsschicht
verbesserte Bindung zwischen der Schmierüberzugsschicht und dem Kabelmantel.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Energieübertragungskabel,
auf welchem die Schmierüberzugsschicht
aufgebracht wird, ein elektrisches Energiekabel, ein optisches Faserkabel
oder ein elektrooptisches Hybridkabel, die jeweils einen Kern von
elektrischen Leitern einschließen
und möglicherweise
Zwischenschichten für
die Isolation oder Armierung einschließen, die alle innerhalb des
Mantels 20 angeordnet sind.
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In
den beschriebenen Ausführungsformen
wird eine Schmierüberzugsschicht
auf einer äußeren Abdeckung
eines Energieübertragungskabels,
wie einem äußeren Mantel
oder einer äußeren Isolierung
des Kabels aufgebracht, bevor das Kabel zum Kunden versandt wird
und vorzugsweise während
der Fertigung des Kabels in einer Fertigungslinie oder zumindest
vor der Handhabung des Kabels, nachdem es hergestellt wurde, abgesehen
von der Schicht, um das Kabel mit einer im wesentlichen dauerhaften Überzugsschicht
auf der äußeren Abdeckung
zu versehen, welche eine äußere Oberfläche besitzt,
welche trocken und nicht-klebrig ist, und um die Haft- und Gleitreibungskoeffizienten
zwischen dem Kabel und einer typischen Metall- oder Kunststoffoberfläche zu verringern,
gegen welche das Kabel bewegt wird. Vorzugsweise ist nach dem Trocknen
und Härten
einer Schmiermittelzusammensetzung, aus welcher die Schicht auf
dem Kabel gebildet wird, die Schicht im wesentlichen unlöslich in
Wasser. Die Eigenschaften der Schmierüberzugsschicht bleiben bestehen,
selbst wenn das Kabel der physikalischen Umgebung und den Handhabungsbedingungen
ausgesetzt ist, die bei der Lagerung anschließend an die Fertigung typischerweise
auftreten und die während
oder nach der Verlegung am Verlegungsort auftreten.
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Die
Schmierüberzugsschicht
auf dem Kabel wird aus einer Schmiermittelzusammensetzung gebildet, die
im wesentlichen aus einem Trennmittel auf Basis eines Wasserträgers besteht.
Der Wasserträger
umfasst mindestens etwa 85 bis etwa 99,9 Gew.% der Zusammensetzung
und das Trennmittel ist weniger als etwa 15 Gew.% der Zusammensetzung.
Das Trennmittel kann ein Organopolysiloxan, ein Organosiloxanpolymer
oder ein Polyalkylsiloxan mit gepfropften Polyetherfunktionalitäten sein
und wird vorzugsweise aus einer Mischung von Polydimethylsiloxan,
organischen Emulgatoren und Bioziden formuliert.
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Die
Schmierüberzugsschicht
verringert die Haft- und Gleitreibungskoeffizienten zwischen dem
Kabel und der typischen Oberfläche,
gegen welche das Kabel bewegt wird, um mindestens etwa 20% und vorzugsweise
um mehr als etwa 40% im Vergleich zu den Reibungskoeffizienten zwischen
einer solchen Oberfläche und
demselben Kabel, welches die Schmierüberzugsschicht auf seiner äußeren Abdeckung
nicht einschließt, bestimmt
unter Verwendung der ASTM D 1984 Testprozedur, die für die Testung
der Kabelreibung angepasst wurde.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
bleibt die äußere Oberfläche der
Schmierüberzugsschicht,
welche die äußerste Oberfläche des
geschmierten Kabels ist, trocken und nicht-klebrig auf der äußeren Abdeckung,
verbleibt auf dem Kabel und ergibt reibungsverringerte Eigenschaften,
selbst nachdem das Kabel Änderungen
der Temperatur über
einen weiten Bereich, vorzugsweise zwischen etwa –60°C bis etwa 200°C und feuchten
Bedingungen ausgesetzt war.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
haftet die Schmierüberzugsschicht
an die äußere Kabelabdeckung
mit ausreichender Klebekraft, um sicherzustellen, dass die Überzugsschicht
an der äußeren Abdeckung
haften bleibt, selbst nachdem das Kabel Bedingungen von starker
Feuchtigkeit und einem weiten Bereich von Temperaturen und Bedingungen
der gewöhnlichen
abrasiven Wirkung, wie beispielsweise der Abrasion, die durch Bewegung
des Kabels gegen ein anderes Kabel oder Oberfläche verursacht wird, ausgesetzt wurde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bleibt die Schmierüberzugsschicht
an der äußeren Kabelabdeckung
fast unendlich haften, wenn die Schicht nicht mit einem Lösungsmittel
gereinigt wird oder rigoroser abgerieben wird als es normale Praxis
während
der Verlegung des Kabels und Bewegung des Kabels nach der Verlegung
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Schmierüberzugsschicht
nicht entflammbar und erzeugt keine signifikante Menge Qualm, wenn
sie einer Flamme ausgesetzt ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Schmierüberzugsschicht
frei von enthaltenem Halogen.
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Die
Schmiermittelzusammensetzung, aus welcher die Schmierüberzugsschicht
gebildet ist, wird an die äußere Abdeckung
eines Kabels aufgebracht und darauf getrocknet und gehärtet, wenn
das Kabel in einer Kabelfertigungslinie hergestellt wird. Die Schmiermittelzusammensetzung
kann gleichförmig
auf die äußere Abdeckung
unter Bildung einer gleichförmigen
Schicht aufgebracht werden, mit Hilfe eines Aerosolsprüh-, Düsensprüh-, Tank-
und Tropfensystems, Durchgang durch ein Bad der Schmiermittelzusammensetzung
oder mit einem Schwammwischer aufgebracht werden. Das Trocknen und
Härten
der Zusammensetzung auf der äußeren Abdeckung
des Kabels kann eine Lufttrocknung, eine Heißluftspülung oder die Bearbeitung in
einer Ofenkammer einschließen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Trocknen und Härten
der Schmiermittelzusammensetzung auf der äußeren Abdeckung bei Raumtemperatur
stattfinden.
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Wenn
auch bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben und erläutert wurden, ergibt es sich
für Fachleute,
dass unterschiedliche Modifizierungen durchgeführt werden können, ohne
vom Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den Patentansprüchen spezifiziert
ist.
