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Starres vollisoliertes elektrisches Kabel mit einem über der Vollisolierung
liegenden Metallmantel, insbesondere koaxiales Hochfrequenzkabel für Spannungen,
die über der lonisierungsgrenze liegen Die Erfindung betrifft vollisolierte elektrische
Kabel, insbesondere koaxiale Hochfrequenzkabel, und bezweckt, gleichzeitig niedrige
dielektrische Verluste und eine verhältnismäßig große Spannungsdurchschlagfestigkeit
zwischen dem oder den Leitern und dem über der Vollisolierung liegenden Metallmantel
bzw. soweit innerhalb der Vollisolierung mehrere Leiter angeordnet sind, zwischen
den Leitern zu erzielen.
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Elektrische Kabel werden im allgemeinen biegsam ausgestaltet. Soweit
die Leiter des Kabels mit einer Vollisolierung versehen werden, ist es üblich, den
Leiter mit Gummi oder einer gummiartigen bzw. thermoplastischen Vollisolierung zu
umpressen. Bei elektrischen Kabeln für Hochfrequenzzwecke verwendet man für die
Vollisolierung bevorzugt thermoplastische Isolierstoffmischungen mit kleinem dielektrischem
Verlustwinkel, z. B. Polyisobutylen-Polystyrol-Mischungen. AndieseIsolierstoffmischungen
wird stets dieAnforderunggestellt, daß sie im plastischen Zustand um den Leiter
gepreßt bzw. gespritzt werden können und bei den Betriebstemperaturen fest, aber
dennoch biegsam sind, so daß man in der Auswahl der Isolierstoffe für derartige
vollisolierte Kabel stark beschränkt ist.
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Es sind bereits Hochfrequenzkabel bekanntgeworden, die ein aus zwei
verschiedenen Stoffen
zusammengesetztes Dielektrikum enthalten,
und zwar eine innere dünne Schicht aus einem Stoff mit beliebigem Verlustwinkel,
aber hohem Isolationswiderstand und großer Schmiegsamkeit und Festigkeit, vorzugsweise
aus Emaillelack, und eine äußere dicke Schicht, die ohne besondere Rücksicht aufmechanischeFestigkeit
einen möglichstgeringen Verlustwinkel besitzt und auch den gesamten zwischen den
einzelnen Adern verbleibenden Raum ausfüllt. Als Isolierstoffe mit geringem Verlustwinkel
für die äußere dicke Schicht kommen z. B. Paraffin, Zeresin, Kolophonium rein oder
mit Zusätzen in Betracht. Gegebenenfalls soll jede Doppelader eine äußere Bewicklung
aus Papier, Jute oder ähnlichem Stoff von beliebigem Verlustwinkel erhalten. Diese
bekannten Hochfrequenzkabel weisen aber wegen der an dem Leiter anliegenden Emaillelackschicht
od. dgl. und gegebenenfalls der über der Doppelleitung liegenden Papierbewicklung
unerwünscl4t große dielektrische Verluste auf. Wird ein derartiges Kabel Biegungen
unterworfen, so entstehen Risse und damit Hohlräume in der aus Paraffin od. dgl.
bestehenden Isolierung, so daß bei hohen elektrischen Spannungen infolge Ionisierung
der Hohlräume Spannungsdurchschläge unvermeidlich sind. Ferner hat Paraffin den
Nachteil eines sehr niedrigen Schmelzpunktes, der bei etwa 52° liegt, so daß die
mit Paraffin isolierten Kabel Erwärmungen oberhalb dieser Temperatur nicht ausgesetzt
werden dürfen.
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Für Hochfrequenzleitungen mit einem über dem Dielektrikum liegenden
gefalzten Metallmantel (Rohrdrahtmantel) wurde nach einem bekannten Vorschlag auch
die Verwendung von synthetischem Hartparaffin vorgesehen, wobei daran gedacht war,
aus dem synthetischen Hartparaffin höheren und tieferen Schmelzpunktes einen in
einem großen Temperaturbereich weichen Körper herzustellen. Dies ist .aber nur durch
Mischungen des synthetischen Hartparaffins mit anderen Isolierstoffen möglich. Beispielsweise
sind Mischungen von Polyisobutylen mit Paraffin möglich.
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Die Erfindung greift auf vor etwa zwei Jahrzehnten bekanntgewordene
Vorschläge zurück, Hochspannungskabel aus starren Metallrohren .aufzubauen. Hierdurch
sollen die Leiter innerhalb von starren Metallrohren mittels besonderer Distanzscheiben
gelagert und die verbleibenden Hohlräume mit einer Isoliermasse ausgegossen werden.
Diese bekannten starren Hochspannungskabel haben sich aber wegen ihrer schwierigen
Montage und vgrschiedener anderer Nachteile in die Praxis nicht eingeführt. Von
besonderem Nachteil bei diesen starren Hochspannungskabeln ist das durch die Anwendung
von Distanzscheiben entstehende inhomogene Dielektrikum. Hochspannungskabel werden
daher nach wie vor mit geschichteter Papierisolierung und in Sonderfällen mit einer
Gummivollisolierung hergestellt.
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Gemäß der Erfindung werden starre elektrische Kabel dadurch für Sonderzwecke,
insbesondere als koaxiale Hochfrequenzkabel für Spannungen, die über der Ionisierungsgrenze
liegen, geeignet gemacht, daB man die Vollisolierung des starren Kabels unter Vermeidung
von Hohlräumen aus einem festen kristallisierenden, in der Schmelze nicht ionenbildenden
Stoff herstellt, der dipollos ist oder dessen Dipole intramolekular kompensiert
sind und der einen über 8o° liegenden Schmelzpunkt aufweist. ' Als kristallisierende
dipollose Isolierstoffe kommen beispielsweise aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe,
z. B. Fluoren (Schmelzpunkt etwa r15°'), Anthrazen (Schmelzpunkt etwa 228o), Pyren
(Schmelzpunkt etwa 1q.9°) od. dgl., oder auch Schwefel (Schmelzpunkt etwa 118°)
in Frage. Andererseits sind als Isolierstoffe mit intramolekular kompensiertem Moment
z. B. Anthrachinon (Schmelzpunkt etwa 266'°9, Thianthren (Schmelzpunkt etwa 159°'),
Thianthrendisulfön (Schmelzpunkt etwa 3255), p-Dibrombenzol (Schmelzpunkt etwa 86'°)
od. dgl. verwendbar.
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. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß .die dielektrisch
hochwertigen Eigenschaften verschiedener kristallisierender Isolierstoffe für die
Isolierung elektrischer Kabel nutzbar gemacht werden. In erster Linie weisen diese
Isolierstoffe einen extrem niedrigen dielektrischen Verlustwinkel auf, der sogar
erheblich niedriger liegt als bei dem für Kabelisolierungen bereits verwendeten
Polystyrol und den Mischungen des Polystyrols mit Polyisabutylen. Die Nutzbarmachung
der kristallisierenden Isolierstoffe in reiner Form für elektrische Kabel kann nicht
als näheliegend angesehen werden, insbesondere deshalb nicht, weil sie nicht diejenigen
Eigenschaften aufweisen, die man sonst an die Isolierstoffe elektrischer Kabel stellt.
Vor allem haben .die genannten kristallisierenden Isolierstoffe die für elektrische
Kabel unerwünschte (Eigenschaft, @daß sie . bei ihrem Schmelzpunkt plötzlich vom
festen in den dünnflüssigen Zustand übergehen und ein thermoplastischer Zustand
nicht eintritt. - Im übrigen weisen die kristallisierenden organischen Isolierstoffe
keine Dehnung und nur eine geringe mechanische Widerstandsfähigkeit auf, so daß
sie auch aus diesen Gründen für Kabelisolierungen als ungeeignet angesehen werden
müßten. Erfindungsgemäß wurde aber erkannt, daß man mit Hilfe der kristallisierenden
Isolierstoffe dann brauchbare Kabel mit hochwertigen Eigenschaften erhält, wenn
man erstens die Kabel als starre Kabel ausbildet, zweitens der aus diesen Stoffen
gebildeten Vollisolierung Hohlräume vermeidet'und drittens nur solche Stoffe verwendet,
die einen höheren Schmelzpunkt als 8o° aufweisen.
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Verschiedene der kristallisierenden Isolierstoffe haben einen so hohen
Schmelzpunkt, daß die nach der Erfindung aufgebauten Hochfrequenzkabel auch als
Hochfrequenzenergiekabel verwendbar sind, bei denen nicht nur sehr hohe Spannungen,
sondern auch erhöhte Betriebstemperaturen auftreten. Dies trifft z. B. dann zu,
wenn die Hochfrequenzströme mit hoher Spannung übertragen werden, oder wenn, wie
es beispielsweise bei Antennenspeisekabeln zur Übertragung kurzer Wellen vorkommen
kann, infolge
Fehlanpassung der Antenne an das Kabel stehende Wellen
und damit Strom- und Spannungsbäuche auftreten.
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Bei den nach der Erfindung hergestellten elektrischen Kabeln muß darauf
geachtet werden, daß das Kabel im Endzustand starr bleibt bzw. nur in solchem Maße
gebogen werden kann, daß die Biegung keine Risse in der Isolierung und damit Hohlräume
zur Folge haben. Der weiteren Erfindung gemäß wird daher bei Anwendung eines biegsamen
Metallmantels dieser durch zusätzliche Mittel und Maßnahmen, z. B. durch einen zusätzlich
aufgebrachten Eisenmantel, starr ausgebildet. Ein derartiger Eisenmantel kann z.
B. aus einem längs verlaufenden, rohrförmig gebogenen Eisenband bestehen, dessen
Seitenränder stumpf aneinanderstoßen oder sich gegenseitig überlappen oder auch
miteinander verfalzt sind. Auch können auf den Metallmantel zusätzliche Schichten
aus harten bzw. gehärteten Isolierstoffen aufgebracht werden, die größere Biegungen
des Kabels nicht zulassen, z. B. Faserstoffbänder, die mit Kunstharzen gehärtet
sind. Ferner können die über dem Außenmantel aufgebrachten metallischen Kabelbewehrungen
so ausgebildet werden, daß sie die Biegsamkeit des Kabels wesentlich herabsetzen.
Es ist aber auch möglich, den metallischen Außenmantel von vornherein so dick zu
machen bzw, mit einem solchen Querschnittsprofil auszuführen, daß die gewünschte
Starrheit des Kabels erreicht wird.
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In der Figur der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein nach der
Erfindung hergestelltes koaxiales Hochfrequenzenergiekabel dargestellt, das durch
einen zusätzlichen Eisenmantel starr ausgebildet ist. Zwischen dem Innenleiter io
und dem gut leitenden Außenleiter 12 befindet sich die Vollisolierung i i aus einem
festen kristallisierenden Isolierstoff mit höherem Schmelzpunkt als 80°. Hierüber
folgen als Polsterung die beiden Faserstoffbandwicklungen 13 und i¢, die imprägniert
und gegebenenfalls mit dem Außenleiter 12 verklebt sind. Um das Kabel weitgehend
starr auszubilden, ist der gefalzte Eisenblechmantel 15 vorgesehen. Hierüber folgt
zum Schutz des gesamten Kabels die äußere Schutzhülle 16, die beispielsweise aus
einem unhygroskopischen Kunststoff besteht.
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In Abänderung des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels kann
das Kabel innerhalb des Volldielektrikums i i mehrere Leiter enthalten. Die über
dem metallischen Außenmantel 12 liegenden Schutzschichten können in anderer Weise
ausgebildet sein oder falls der Mantel 12 eine genügende Starrheit aufweist, auch
fortfallen. Ebenso kann die über dem Eisenblechmantel 15 liegende Korrosionsschutzschicht
16 weggelassen werden. Auch andere Abänderungen der angegebenenAusführungsmöglichkeiten
sind denkbar, ohne vom Wesen des Erfindungsgedankens abzuweichen.