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Mehradrige elektrische Leitung mit nahtlosem Metallmantel und Verfahren
zu ihrer Herstellung Zur Herstellung von ein-,oder mehradrigen Kabeln mit nahtlosem
Metallmantel nach dem Längsstreckverfa;hren wird eine Leitungspuppe als Ausgangskörper
benutzt. Sie besteht aus einem weiten starkwandigen Metallrohr, in dem eine :oder
mehrere dicke Leiterstangen gegeneinander und auch gegen den Rohrmantel isoliert
angeordnet sind. Die Puppe wird durch Walzen oder Ziehen gelängt. Dabei verkleinern
;sich ihr Durchmesser sowie die Wandstärke des Metallmantels und die Leiterdurchmesser.
Die Abmessungen der Leitungspuppe richten sich nach der Länge und den Querschnittsabmessungen,
die das Kabel und die Leitungsdrähte im fertigem Zustand haben sollen, sowie nach
den verfügbaren Verfarmungseinrichtungen. Praktisch ist das Längsstrec'kverfahren.
für jede Kabelabmessung anwendbar. Als Isolierstoff werden schon gelierbare organische,
hochpolymere Kunststoffe in Pulverform benutzt. Dafür -eignen sich grundsätzlich
alle pulverisierbaren hochpolymeren Isolierstoffe, denn sie sind praktisch alle
gelierfähig. Besonders geeignet ist P,olyvinylchlorid, ferner beispielsweise P:olyvinylbenzol
(bekannt unter dem Namen Polystyrol), Hexamethylendiammoniumadipat (Nylon), s-Aminocaprolactam
(Perlon), Polyäthylen (Lupolen), sowie Polytetrafluoräthylen (Teflon). Der Isolierstoff
wird in dem fertig gestreckten Kabel durch Wärm-ebehandlung zu einer festen Isoliermasse
geliert.
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Beispielsweise wird eine Leitungspuppe von 22 mm Durchmesser durch
Längsstrecken zu einem Kabel von q. mm Durchmesser verjüngt. Das Kabel bekommt dabei
ungefähr die fünfzehnfache Länge
der Leitungspuppie. Das Verlängerungsmaß
hängt von verschiedenen Umständen ah, so z. B. davon, ob das Pulver fest oder lose
in das Mantelrohr eingefüllt wird. Eine proportionale Verformung tritt im Verlauf
des Längsstreckverfahrens ein, und zwar dann, wenn der Isolierstoff im Mantelrohr
ausrechend verdichtet ist.` Der gelierte Isolierstoff bildet im fertigen Kabel eine
zusammenhängende Masse.
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Erfahrungsgemäß ist es nicht ganz einfach, die Leiter für den Anschluß
des Kabels freizulegen, weil -sie in ,der fest zusammenhängenden Isolierhülle eingebettet
sind und Merkmale für deren ordnungsgemäße Zerlegung fehlen. Deshalb hat man bereits
vorgeschlagen, Längsrillen gemäß Abb. i im Metallmantel einzuwalzen und sie zu Falten
gemäß Abb. z zu verdichten, um auf diese Weise Markierungslinien zu schaffen, längs
deren. die Isolierhülle aufzuteilen ist. Es ist aber nicht so einfach, die Längsrillen
so anzubringen, daß sie genau in den Zwickelräumen zwischen den Einzeladern liegen.
Die tiefen Längsfalten im Metallmam@tel sind überdies aus verschiedenen Gründen
unerwünscht.
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Erfindungsgemäß wird die Zerlegung der zusammenhängenden Isolierhülle
wesentlich erleichtert, wenn Beidrähte im Kabel angeordnet werden, die ,am Metallmarntel
,anliegen und von denen jeder in einem Zwickelraum zwischen dien stromführenden
Leitern liegt. Statt der Beidrähte könnte der Metallmantel auch nach innen verdickt
sein. Doch ist das aus fabrikatorischen Gründen weniger günstig als die Anordnung
der Beidrähte.
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Ein solches Kabel gemäß der Erfindung, dessen. Metallmantel nach innen
gerichtete Längswülste oder besser noch Beidrähte hat, hat außen eine glatte Oberfläche.
Abb.3 zeigt beispielsweise einen Kabelquerschnitt mit Längswülsten, die nach innen
gerichtet sind. Abb. q. zeigt im Querschnitt ein zweiadriges Kabel mit den erfindungsgemäß
aingeordneten Beidrähten. Darin bedeuten: i der nahtlose Mantel, 2, 3 die Adern,
4., 5 die :am Metallmantel anliegenden Beidrähte.
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Beim Abisolieren der Leitungsenden wird der Mantel mit Hilfe der Beidrähte
der Länge nach auf die notwendige Entfernung aufgerissen. Die aufgerissenen Mantelteile
und die freigelegten Beidrähte werden entfernt, soweit die Drähte nicht zur Erdung
des Metallmantels oder als Nulleiter benutzt werden. Im Isolierstoff sind dann die
Rillen freigelegt, in denen die Beidrähte angeordnet waren. Hier bildet der Isolierstoff
einen verhältnismäßig dünnen Steg zwischen den Stromleitern, der ohne weiteres mit
einer Schere zu durchschneiden ist, um live Adern: voneinander 7u trennen.
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Die in Abb. q. dargestellten Beidrähte sind aus Gründen der Einfachheit
.mit den gleichen Querschnitten wie die Leiter dargestellt. Je nach der Kabelart
und Bestimmungszweck kann der Querschnitt der Beidrähte in weiten. Grenzen geändert
werden. Fertigungstechnische Gesichtspunkte, Fragen der Festigkeit und etwaige Strombelastung
werden bei der Bemessung des Querschnitts zu berücksichtigen sein. Die Beidrähte
lassen sich 'bei der Herstellung der Puppe symmetrisch anordnen, so daß sie irr
fertigen Kabel eine .ordnungsmäßige Zerlegung der Isolierhülle ermöglichen, wenn
die Puppe beispielsweise in folgender Weise hergestellt wird: Das Isolierpulver
wird auf einer automatischen Presse zu Tabletten verdichtet, die Bohrungen 6 und
7 zur Aufnahme .der Adern, sowie am Rand Nuten 8 und 9 zur Aufnahme der Beidrähte
haben. Abb. 5 zeigt eine solche Tablette für zweiadrige Kabel. Druck und Geschwindigkeit
der Presse werden: @so reingestellt, da:( die Tabletten genügend fest für die Montage
der Puppe, ihr Gefüge aber noch so locker ist, daß das Pulver bei einem nicht allzu
großen Druck wieder in seine, kleinsten Bestandteile zerbröckelt, sobald die Tabletten
in der Leitungspuppe :dem Längsstrec!kverfahren unterworfen werden. Die Prasse wirft
die Tabletten zweckmäßigerweise so aus, daß sie .gleich so gestapelt werden, wie
sie im Kabel zu liegen kommen. Sie läßt also beispielsweise die Tabletten ,auf zwei
glatte Stangen öder Drähte fällen, die durch die Bohrungen 6 und 7 hindurchgehen.
Die Stangen haben,die Länge der Puppe. Sind rum dnie Stangen mit den Tabletten vollständig
bedeckt, so wird .der Stapel in das Mantelrohr einges,chohen und die beiden Beidrähte
werden in die Hohlräume eingeführt, die durch die Nuten 8 iund 9 sowie die Inlnenwand
des Mantelrohres entstanden sind. Bei. der Bemessung der Tabletten ist nur dafür
zu sorgen, da.( die Bohrungen 6 und 7 sowie die Nuten 8 und 9 den Leitern und Beidrähtian
eingewisses Spiel lassen. Dies entspricht der maximal zulässigen Exzentrizität,
die die Leiter und Beidrähte in der fertigen Leitung haben dürfen. Die Tabletten
können ein größeres Spiel im Mantel haben, :denn sie zentrieren sich im Verlauf
des Streckprozesses selbst. Dies Spiel kann so groß sein, .da( die Montage bequem
möglich ist.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken können die Tabletten ;auch
selbsttätig in der Puppe gestapelt werden. Die Abb. 6 bis @ 8 zeigen schematisch
ein Ausführungsbeispiel dieses Erfindungsgedankens an einer Tablettenpresse mit
selbsttätiger Tablettemstapelung in :der Puppe. Abb. 6 zeigt teilweise im Schnitt
.eine isolche Presse im Vorderansicht; die Abb. 7 zeigt einen Schnitt durch die
Stapelvorrichtung und Abb. 8 eine Draufsicht auf die Presse.
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Der Fülltrichter io, in .den das Isolierpulver eingefüllt wird, ist
auf dem Maschinentisch i i in den Führungen 12 vers,chmebbar angeordnet. Er wird
mit seiner Füllöffnung 13 über die Matrize 14 geschoben, dann. füllt das im Fülltrichter
i o enthaltene Isoferpulver die Matrize 14. Beim Zurückfahren streicht der Rand
-der Füllöffnung 13 das. Pulver am oberen Rand der Matrize 14 glatt. Dann wird der
Stempel 15 nach unten bewegt und preßt die Tablette. Dabei sind sein Hub,
Druck und Preßges@chwindigkeit so eingestellt, daß die Tablette die erforderliche
Dichte bekommt. Danach fährt der Stempel 15 in. seine Ausgangsstellung, und der
Auswerfer 16 hebt die fertige Tablette so weit an, daß sie gerade am oberen Rand
der Matrize 14 liegt. Beim Vorfahren des Fülltrichters io faßt die an
dem
Gleitschuh 17 angebrachte Ausnehmung 18 die Tablette und schiebt sie
über die Öffnung r 9 des Maschinentisches. Sie kippt hier über die Kante 2o, rutscht
in senkrechter Lage durch den Schlitz 2 r herab und legt sich vor die Mündung 22
des Mantelnohnes 23. Dieses ist am vorderen Rand trichterförmig aufgeweitet und
durch die Mutter 24 im Maschinentisch festgeklemmt. Innerhalb des Mantelrohres 23
sind die Leiber- und Betdrähte durch zwei Formstücke 25 und 26 gehaltert, die den
gleichen Querschnitt haben wie die Tabletten. Das eine Forrmstüek 25 liegt fest
am Ende des Rohres, das andere Formstück 26 ist im Rohr verschiebbar und liegt zunächst
an der Mündung 22. Der Schieber 27 schiebt die Tablette in das Rohr hinein. Dabei
drückt die Tablette das Formstück 26 vor sich her. So werden die Kräfte von dem
FormstüCk 26 aufgenommen, .die nötig sind, um die Drähte in die Lage zu bringen,
die sie in der Puppe einnehmen sollen. Denn die Drähte hängen infolge ihres Gewichtes
im Rohr durch. Die Puppe wird auf diese Weise automatisch gefüllt. Fülltrichter,
Pr eßstempel, Auswerfer und Schieber können in bekannter Weise durch Exzenter und
Kurvenscheiben gesteuert werden.
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Die fertige Puppe wird dann dem Längsstreckprozeß unterworfen. Dabei
legt sich das Mantelrohr zunächst eng um die Tablette herum und zerdrückt sie dann
unter Verdichtung des Pulvers. Die gegenseitige Lage der Adern und Betdrähte bleibt
dabei genau erhalten. Sobald das Pulver auf diese 'Weise genügend verdichtet ist,
wird der Puppenquerschnitt unter gleichzeitiger Lä@ngung der entstehenden Leitung
proportional verformt. Diese Verformung wird so lange -fortgesetzt, his die Leitung
einen Außendurchmesser hat, der noch über dem gewünschten der fertigen Leitung liegt,
beispielsweise noch etwa 200/0 darüber. Dann wird bereits nach einem weiteren Erfindungsgedanken
der Isolierstoff durch Wärmebehandlung geliert, äliso nicht erst im fertigen Kabel.
Das Kabel mit dem gelierten Isolierstoff wird dann weiter gezogen. Dabei richten
sich die regellos durcheinanderliegenden Moleküle des gelierten Isolierstoffs in
der Längsrichtung der Leiturig aus. Der Isolierstoff erhält dadurch besonders gute
elastische Eigenschaften. Gleichzeitig werden auch die Innenwand des Mantels sowie
die Leiter und Betdrähte sauber geglättet, die bei dem voraufgegangenen Streckvorgang
durch die pulvrige Struktur des Isolierstoffs seine gewisse rauhe Oberfläche erhalten
.hatten. Isolierstoff und Metall schmiegen sich nun eng aneinander. Dadurch werden
die Biegwngseigenschaften des Metalls den wesentlich günstigeren des Isolierstoffs
angep,aßt. Auf diese Weise wind die Leitung viel biegsamer als eine Leitung, die
erst im fertigen Zustand gellem wird, und bekommt auch infolge der glatten Leiteroberfläche
ein besseres Ausstehen als ein längs gestrecktes Kabel', das erst :nach dem Fertigzug
geliert wird.
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Das Abisolieren der erfindungsgemäßen Leitung ist sche=tisch :in Abb.
9 gezeigt. Die Leitung hat zunächst das Profil Abb. to, ihr Mantel wird mit Hilfe
der beiden Betdrähte der Länge nach .aufgerissen, und die Reste des Mantels und
der Beidrähte werden entfernt, soweit sie nicht als Erdungs-oder Nulleiter gebraucht
werden. Die entm,antelte Leitung hat das Profil Abb. i i. Zwischen den beiden Leibern
bleibt nur ein verhältnismäßig dünner Isoliersteg. Er wird mit einer Schere zerschnitten,
um die Adern voneinander zu trennen. Sie haben das Profil Abb. 12 und könnten in
dieser Form bis zur Anschlußstelle weitergeführt werden.
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Das Gelieren der Leitung vor ihrem Fertigzug bringt noch den weiteren
Vorteil .mit sich, daß sich die Kabelenden für den Anschluß leichter vorbereiten
lassen, denn nach der Entfernung des Metallmantels kann man die Leiterenden dadurch
in einfacher Weise freilegen, da.ß, man das Kabelende erwärmt, indem man beispielsweise
den freigelegten Isolierschlauch mit einer geeigneten heißen Zange umfaß@t, deren
Backen der Form des Isolierschlauches angepaßt sind. Dann weitet sich der Isolierschlauch
und zieht sich infolge seiner inneren Spannungen zusammen, die er beim Strecken
des Kabels erhalten hat. Dabei werden die blanken Drahtenden freigelegt. Der zusammengeschrumpfte
Isolierschlauch kann in heißem weichem Zustand leicht abgerissen werden. Im kalten
Zustand wirken sich, wie hier nur ergänzend bemerkt werden soll, die inneren Spannungen
des Isolierschlauches nicht aus.
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Die für die Herstellung der Leitungspuppe henutzten Tabletten bekommen
zweckmäßigerweise die in Abb. 13 und i q. gezeigten Formen mit übereinande'rgreifenden
Rändern. Dadurch werden ebene Trennschichten vermieden, die unter Umständen bei
der Verarbeitung unerwünschte Marken ergeben.
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Die für die B.eidrähte benutzten Leiterstangen erhalten zweckmäßigerweise
ein sektorförmiges Profil. Der Mantel wird dann beim Walzen oder Ziehen weniger
stark beansprucht als bei einem runden Betdraht. Abb. 15 zeigt beispielsweise
einen Querschnitt .durch ein Kabel mit sektorförmigen. Beid'rähten. Die Schneide
des Beidraht,es drückt sich 'bei der Verarbeitung leichter in das Pulver hinein.
Im fertigen Kabel lassen sich die Einzeladern. noch leichter voneinander trennen.
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Nach einen weiteren Erfindungsgedanken werden als Ausgangsstücke für
die Betdrähte Rohre benutzt, die auch sektorförmig profiliiert sein können. Die
Hohlräume können dabei mit Luft oder auch mit Isolierpulver gefüllt sein. Abb. 16
zeigt s.chematisch einen Querschnitt durch eine L,eidum:gspuppe mit Bei@drahtrohren.
Die Verwendung von Rohren als Betdrähte ist aus folgenden Gründen vorteilhaft: Zu
Beginn des Längsstreckvorganges ist das Pulver noch nicht genügend verdichtet. Infolgedessen
machen die Leiber- und Betdrähte die Verformung des Mantels zunächst ;nicht ,mit.
Sie behalten ihre ursprüngliche Lage, während sich der Mantel bei der Verformung
bereits längt. Dabei verschieben sich die Betdrähte gegen den Mantel. Die hohlen
Leiterstangen üben nicht den ,großen Druck auf die Mantelwand ;aus wie massive Leiterstangen;
es können also keine Riefen in der Mantelwand entstehen, wenn die B,eidrähte hohl
sind oder infolge ihrer Form keinen zu großen. Druck auf die Mantelwand ausüben
können.
Die Festigkeitseigenschaften der Leiter der Beidrähte und
des Mantels. sowie odas Verhalten des Pulvers müssen verständlicherweise für das
Längsstreckverfahren aufeinander abgestimmt sein.
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Die günstigen Wirkungen der vorzeitigen Gelierung beim Längsstreckverfahren
können auch noch weiter ,ausgenutzt werden, wenn die Gielierung bereits in einem
früheren Stadium vorgenommen wird. Verständlicherweise muß ,dabei das Pulver genügend
verdichtet sein. Die gelierte Leftung wird dann bis zur Erreichung der Reckgrenze
des gelierten Isolierstoffs verformt. Soll che Leitung noch weiter gestreckt werden,
so muß der Isolierstoff durch eine Wärmnebehandlwng zuvor entspannt werden, und
kann dann aerneut bis zur Erreichung der Reckgrenze weiterhin längs gestreckt werden.
Die Abb. 17 und 18 zeigen beispielsweise Querschnitte von Drei-und Vierleitierkabeln
mit den erfindungsgemäß angeordneten Beidrehten.
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Um idie Adern der Leitung zu verseifen, wird das Kabel um seine Längsachse
tordiert. Dazu können beispielsweise zwei hintereinander angeordnete Walz-oder Zichwerkzeug@e
benutzt werden, die gegenseitig tordiert werden.
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Außer den bieschriebenen Querschnitten mit kreisförmigem Umfang können
sinngemäß auch alle Arten von umrunden; Profilen hergestellt werden, wenn .dazu
Längsstneckwerkzeugc mit entsprechendem Profil benutzt werden.
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Mehrere dieser inetalllumhülhen Leitungen können gebündelt längs gestreckt
und auch zu. einem Kabel mit gemeinsamen Metalhnaintel vereinigt Werden. Zu dem
Zweck werden die metallumhüllten Einzelleitungen verseilit oder unverseilt längs
gcstreckt -oder gemäß Abb. i 9 in ein neues Rohreingelegt und mit diesem längs gestreckt.
Dabei nehmen .dann die vorher .runden Querschnitte der Einzelkabel Sektorfonnen
ian, die sich nahezu lückenlos .aneinanderschmiegen. So entsteht gemäß Abb. 20 ein
Kabel, bei dem die Einzelveitungen mit geringstem Platzbedarf vereinigt sind. Diese
Verformung in gemeinsamem Mantel kann in geliertem oder ungeliertern Zustand vorgenommen
werden.
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Das @erfindungsgemäßc Herstellungsverfahren ist für alle Kabeltypen
anwendbar. Weder spannungsnoch stromatärkenmäßig liegen Begrenzungen vor.