DK141518B - Langstrakt cylindrisk legeme, navnlig et elektrisk eller optisk kabel, og apparat til brug ved fremstilling af et sådant legeme. - Google Patents

Description

(& (11> FREMLÆ66ELSESSKRIFT 141518 DANMARK |η,·αί H 01 8 7/18 «(21) Ansøgning nr. 2491/77 (22) Indleveret den 6* JUTl« 1977 (23) Løbedag 6. jun. 1977 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlaggelsexkriftet offentliggjort den O. apr· 19o0

Dl REKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begaaret fra den (71) AKTIESELSKABET NORDISKE KABEL- 0C- TRAADFABRIKER, La Cours Vej 7, 2000 København F, DK.

(72) Opfinder: Axel Andersen, H.A. Clausensvej 20, 2820 Gentofte, DK.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Langstrakt cylindrisk legeme, navnlig et elektrisk eller optisk ka= bel, og apparat til brug ved fremstilling af et sådant legeme.

Den foreliggende opfindelse angår et langstrakt cylindrisk legeme af den i krav l’s indledning anførte art, samt et apparat til brug ved fremstilling af et sådant legeme.

Det er velkendt at bevikle cylindriske legemer, såsom rør og kabler, med tråde, f.eks. af metal, nylon eller andre polymere materialer. Sådanne trådbeviklinger kan f.eks. tjene som forstærkning (armering) og/eller trækaflastning af legemet og/eller det kan virke som elektrisk skærm ved kabler af forskellig art.

Legemer ifølge opfindelsen er således f.eks. elektriske kabler, hvor armeringen oftest primært har en elektrisk funktion, idet den virker som nullederskærm, eller optiske kabler, men kan 2 14151$ f.eks. også være rør eller ledninger, såsom vandledninger, hvor man anbringer en trådarmering som forstærkning mod et indefra kommende tryk og/eller mod beskadigelse udefra, som det f.eks. er tilfældet ved vandrør og kabler nedlagt på havbunden.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret i forbindelse med elektriske kabler med en trådarmering, der virker som nullederskærm, men finder bortset fra de særlige forhold vedrørende elektrisk ledning analog anvendelse på andre cylindriske legemer.

Elektriske kabler med koncentrisk forløbende trådarmering omfatter ifølge den kendte teknik ofte en sjæl, der er dannet af en eller flere ledere, der på passende måde forsynes med isolationslag og eventuelt et indre og ydre halvledende lag. Omkring kabelsjælen bliver metaltråde enten omviklet i S- eller Z-skruelinie-form med eller uden en periodisk vending af snoningsretningen (S-Z bølgeform) og presset sammen indbyrdes til dannelse af en sammenhængende såkaldt lukket trådbevikling eller pålægges med en vis indbyrdes afstand, der er større end den enkelte tråds diameter, i en såkaldt åben trådbevikling. I sidstnævnte tilfælde kan trådene fastholdes ved nedtrykning i det underliggende lag, der derfor må være tilstrækkeligt eftergiveligt, eller holdes på plads ved hjælp af et over trådene viklet holdebånd. Det er også kendt at sammenslå trådene til dannelse af retlinede strækninger parallelle med eller svagt hældende i forhold til kablets længdeakse og periodisk adskilte af udbølgninger, der ligger inden i hinanden, og hvis hældende partier alle enten berører hinanden indbyrdes eller ligger i samme afstand fra hinanden, jfr. dansk patentskrift nr. 117.508.

Disse metaltråde fungerer samtidigt som nulleder og som beskyttelseskappe for kablerne. Mellem metaltrådene og kabelsjælen er der ofte anbragt et lag af kulpapir eller et andet halvledende materiale for at give elektrisk kontakt mellem det ydre halvledende lag og metaltrådene. Det ovennævnte over trådene viklede bånd har således til formål dels at holde trådene i position og samtidig skabe elektrisk kontakt mellem de enkelte tråde Udvendigt er kablet som oftest på kendt måde forsynet med en isolerende ydre armering eller plastkappe.

3 141518

Elektriske kabler med åben trådbevikling som skærm fremstillet på denne måde, har den ulempe, at den omtalte båndbevikling, der ofte bevikles med modsat snoningsretning 1 forhold til trådbeviklingen ikke formår at fastholde trådenes indbyrdes position under de gentagne bøjninger, som kablerne normalt udsættes for under deres håndtering eller udlægning. Trådene kan derfor ofte komme til at overlappe hinanden, eller man får en henholdsvis større og mindre afstand mellem trådene. Da kablerne skal overholde visse normer med hensyn til de maximalt tilladelige afstande mellem skærmtrådene, må man ofte kassere kablerne på grund af disse skærmtrådes indbyrdes forskydninger.

For at modvirke disse trådforskydningstilbøjeligheder er det kendt at anvende en bekostelig fremgangsmåde, der består i at indlægge et lag af et halvledende klæbestof eller et stof med en stor friktionskoefficient imellem kabelsjælen og skærmtrådene. Dette materiale er f.eks. kreppet kulpapir, som for det første ofte er utilstrækkeligt til at fastholde skærmtrådenes position og for det andet er et fordyrende led i kabelfremstillingen. Et sådant lag forøger samtidig kablets stivhed. Under gentagne kabelbøjninger vil trådene således enten modstå bøjningen og eventuelt knække, eller de vil forskyde sig på det klæbende lag, blive deformeret og ikke vende tilbage til deres oprindelige placering.

I dansk patentskrift nr. 124.433 er endvidere beskrevet et elektrisk kabel med koncentrisk forløbende nulleder, omfattende en af en eller flere isolerede ledere bestående central kabelsjæl og en omgivende nulleder i form af udbølgede metaltråde, som er anbragt direkte på kabelsjælen og parallelt med dennes akse, hvor de ovennævnte ulemper tilstræbes modvirket ved, at de bølgeformede metaltråde er således indbyrdes forskudt i aksialretnin-gen af kablet, at der på strækningerne af den ene bølgehældnings-' retning tilvejebringes en indbyrdes kontakt uden overlapning, medens der på strækningerne af den anden bølgehældningsretning dannes mellemrum, som danner en strimmel, der forløber langs en skruelinie med jævn stigning omkring kabelsjælen. Et sådant kabel tåler gentagne ombøjninger på grund af den ovennævnte forskydning af de bølgeformede metaltråde i aksialretningen af kablet, hvorved trådene i visse partier hober sig sammen under delvis berøring, men til gengæld i andre partier ligger med mellemrum, 4 141518 som gør det muligt for trådene at forskyde sig og vende tilbage til deres oprindelige placering efter gentagne ombøjninger af kablet.

Mellemrummene imellem metaltrådene kan være dækket af et holdebånd i form af en glat elektrisk ledende ombændling, i skruelinieform. Heller ikke denne, kabeltype er imidlertid fri for ulemper. For det første medfører den særlige konstruktion med den indbyrdes forskydning af de bølgeformede metaltråde med hyppigt varierende snoningsretning et øget materialeforbrug i forhold til en kon- · ventionel S-Z snoning, hvilket på grund af de høje priser på kobber og aluminium er særdeles uheldigt.

For det andet nødvendiggør det forhold, at der ikke blot er tale om en periodisk varierende snoningsretning, men i den foretrukne udførelsesform med usymmetrisk bølgeform også om en ændring af stigningens størrelse i de to retninger et mere indviklet apparatur end konventionel S-Z snoning, ligesom den periodevise omstilling af viklerens hastighed, fordi der periodevis skal pålægges tråde med en relativt lille stigning er vanskelig at gennemføre i praksis. Det er heller ikke muligt at arbejde ved så høje produktionshastigheder som ved kabler med større trådstigning.

Et yderligere problem ved de kendte glatte holdebånd er, at de har en meget lille kontaktflade til de underliggende tråde og udøver et for ringe kontakttryk til at fastholde trådene i den oprindelige indbyrdes position, når de udsættes for bøjningspåvirkninger o. lign. Endelig vil holdebåndene ved påføring af den ydre beskyttelseskappe f.eks. ved extrudering af et thermoplastisk materiale have en tendens til at forskyde sig i aksial retning, idet de glider på de underliggende tråde på grund af den ringe berøringskontakt mellem holdebånd og tråde.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive et langstrakt cylindrisk legeme, såsom et elektrisk kabel, der ikke er behæftet med ovennævnte ulemper, og som således bl.a. lader sig fremstille med høj produktionshastighed uden brug af kompliceret apparatur og uden ekstra materialeomkostninger i modsætning bl.a.

_ 1415te 5 til ovennævnte danske patent nr. 124.433, hvor man ændrer på trådviklingen. Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at der anvendes et eller flere holdebånd, som før eller efter anbringelsen forsynes med indtrykninger i alle eller en del af mellemrummene mel- , lem armeringstrådene. Indtrykningeme kan f.eks. have form af korrugeringer i det væsentlige i hele holdebåndets bredde eller rækker af kuppelformede eller pyramideformede nedtrykninger. Ved anvendelse af holdebånd med Bådanne nedtrykninger er ideen den, at nedtrykningeme trykkes ud i de områder, hvor båndet ligger an mod de underliggende tråde på grund af trykket, men bevares i trådmellemrummene, og derved fastholder trådene i disses indbyrdes afstand. Dette har den fordel, at man kan anvende holdebånd med samme nedtrykninger til kabler med forskellige trådmellemrum.

I tilfælde, hvor der er tale om et elektrisk kabel, og hvor trådarmeringen således er en metallisk skærm, kan der anvendes et holdebånd af et elektrisk ledende materiale, såsom kobber eller aluminium. Det er dog også muligt at anvende ikke-ledende holdebånd og tilvejebringe den elektriske kontakt på anden måde, eksempelvis ved hjælp af en langsgående kontakttråd eller kontaktbånd beliggende mellem tråde og holdebånd.

Ved elektriske kabler kan de nævnte holdebånd således have en dobbelt funktion, idet de dels skal formidle kontakt mellem trådene og dels skal fastholde trådene, så de ikke inibyrdes forskydes.

I begge henseender er de ifølge opfindelsen anvendte bånd med indtrykninger særdeles fordelagtige:

Indtrykningeme bevirker nemlig en væsentlig bedre arealkontakt mellem bånd og tråde, end hvad der er opnåeligt med de kendte glatte bånd. Til sikring af denne kontakt har indtrykningeme ifølge opfindelsen en dybde, der er mindre end eller fortrinsvis tilnærmelsesvis lig med de underliggende trådes diameter.

For fastholdelsens vedkommende gælder det, at indtrykningeme bevirker en forøgelse af båndstramningen i forhold til den stramning* båndet er pålagt med på grund af den tilvejebragte blivende deformation, og dermed også et større berøringskontakttryk mod trådene end et glat bånd. Dette er som forklaret nedenfor særligt udtalt, hvis båndet først forsynes med indtrykninger efter anbringelsen.

6 U15t8

Omviklingen af holdebåndet kan foretages både i S- og Z-skruelinie og foregår med fordel umiddelbart efter, at den underliggende tråd-armering er pålagt og tættest muligt på det sted, hvor trådene pålægges. Afhængigt af forløbet af de underliggende tråde vil holdebåndet således få samme, modsat eller alternerende snoningsretning.

Hvor der kun anvendes ét holdebånd, omvikles det fortrinsvis i modsat retning af armeringen. Ved S-Z bølgeformet armering vil man ofte om nødvendigt anvende to modsat viklede holdebånd, afhængigt af trådstigningen.

Et væsentligt træk ved opfindelsen er, at indtrykningeme kan foretages både før og efter anbringelsen af holdebåndet omkring trådene. Valget mellem disse muligheder afhænger af flere faktorer:

For det første er det underliggende lags hårdhed af betydning.

Der vil her for elektriske kablers vedkommende - afhængigt af disses opbygning og anvendelsesområde - være tale om et halvledende lag, eller et isolationslag, f.eks. af tværbunden poly-ethylen eller butylgummi. Hvis man ønsker at være sikret mod nedtrykninger af metaltrådene i det underliggende lag vil man anvende et holdebånd, der på forhånd er forsynet med indtryk-ninger^ 7 1415t8

Er underlaget så hårdt, at der ikke er risiko for nedtrykning af trådene eller skønnes dette uden betydning, kan man forsyne båndet med indtrykninger såvel før som efter anbringelsen. Valget afhænger også af båndmaterialets art. Procesteknisk er det simplest at foretage indtrykningen efter pålægningen, men nogle materialer er for hårde og knækker eller er så elastiske, at de ikke kan optage den forlængelse, de får ved en efterbehandling. Sammenfattende kan det siges, at materialer, der ikke lader sig blivende deformere efter pålægningen, må fordeformeres..

Et holdebånd, der er fordeformeret på tværs af holdebåndet, kan udvise en større flexibilitet og elasticitet end et glat holdebånd, der deformeres efter pålægningen, hvorfor det alt andet lige kan pålægges med en større stramning end den, man kan opnå ved at deformeret båndet efter pålægningen.

For at opnå den ønskede fastholdelse af trådene, er det naturligvis af vigtighed, at disse er omviklet i en åben trådarmering, så der er plads til indtrykningeme. Disse vil oftest være anbragt, så der er en indtrykning svarende til hvert trådmellemrum, men man kan dog også lave en indtrykning for f.eks. hvert andet eller tredie trådmellemrum. Dette vil blandt andet afhænge af de forventede belastninger, kablet vil blive udsat for, stigningens størrelse for såvel holdebånd som tråde samt antallet af holdebånd, idet man f.eks. ved anvendelse af flere holdebånd kan lade hvert af båndene have indtrykninger svarende til forskellige trådmellemrum, samt underlagets beskaffenhed, og de materialer, holdebånd og trådarmering er fremstillet af.

I mange tilfælde vil man tilvejebringe indtrykningerne langs hele kablets overflade for at sikre en effektiv fastholdelse af samtlige tråde. Afhængigt af trådstigningen kan man dog i visse tilfælde nøjes med at tilvejebringe indtrykninger langs en del af overfladen, når blot det sikres, at alle trådene periodisk fastholdes af indtrykningeme.

8 14151-8

Indtrykningemes retning kan også varieres, idet de såvel kan forløbe parallelt med som afvigende fra de tinderliggende trådes retning.

I en særlig udførelsesform kan der anvendes holdebånd, der er forsynet med langsgående korrugeringer inden pålægningen, og som derefter korrugeres på tværs efter pålægningen.

Opfindelsen angår endvidere et apparat til brug ved fremstillingen af legemer ifølge opfindelsen, og apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i krav 9's kendetegnende del anførte.

De for apparatet ejendommelige valsers overflader kan have forskellig udformning afhængigt af, om holdebåndet skal forsynes med ind-trykninger før eller efter anbringelsen, og de skal være fremstillet af et materiale, hvis hårdhed er afstemt efter holdebåndets hårdhed.

Til frembringelse af indtrykninger efter anbringelsen er overfladen som anført i krav 10 tildannet i afhængighed af de ønskede indtrykninger og kan således f.eks. være forsynet med riller eller med forhøjninger, der kan frembringe kuppel- eller pyramideformede nedtrykninger.

Hvis indtrykningerne er frembragt inden anbringelse af holdebåndet, er det dels vigtigt, at indtrykningerne presses ned i mellemrummene mellem armeringstrådene og dels, at eventuelle nedtrykninger, der befinder sig oven på trådene, glattes ud for at sikre en tilfredsstillende arealkontakt. Til dette formål har valserne som angivet i krav 11 fortrinsvis en glat overflade.

Opfindelsen illustreres nærmere ved de på tegningen viste udførelsesformer, hvor

Fig. la viser et elektrisk kabel med skærmtråde i S-snoning og holdebånd i Z-snoning, 9 141&t8

Eig. Ib viser et tværsnit i fig. la.

Fig. 2 viser et kabel analogt med fig. la, hvor holdebåndet er forsynet med langsgående korrugeringer inden pålægningen.

Fig. 3 analogt viser et kabel med skærmtråde i S-Z snoning og to holdebånd i henholdsvis S- og Z-snoning med kuppelformede nedtryk-ninger.

Fig. 4 viser et udsnit af Fig. la visende tre tråde og holdebåndet.

Fig. 5 og 6 analogt med fig. 4 viser udsnit af fig. 2 og 3.

Fig. 7 analogt med fig. 5 ilser tre tråde og et holdebånd med mange langsgående korrugeringer.

Fig. 8a og Fig. 8b viser et længde- og tværsnit af et apparat til brug ved fremstilling af et kabel Ifølge opfindelsen, hvor korru-geringen af holdebåndet tilvejebringes efter pålægningen.

På fig. la. Ib, 2 og 3 ses et kabel bestående af en elektrisk le der 1 af Cu eller Al og et isolationslag 2. Uden på dette er der viklet skærmtråde (armeringstråde) 3» der på fig. la og 2 er S-snoede og på fig. 3 er S-Z snoede.

På fig. la ses holdebåndet 4, der er Z-snoet og forsynet med tværsgående korrugeringer parallelt med skærmtrådenes stigningsretning.

På fig. 2 ses analogt holdebåndet 5» der inden pålægningen er forsynet med langsgående korrugeringer og efter pålægningen med tværsgående korrugeringer.

På fig. 3 ses de S-Z bølgeformede skærmtråde 3,og de to holdebånd 6’ og 6", på hvilke der er vist kuppelformede nedtrykninger tilvejebragt efter pålægningen. Disse vil have en tendens til at gribe ind i hinanden ved krydsningsstedeme, hvilket yderligere bidrager til fastholdelsen.

10 141518 På fig. 4, 5 og 6 ses mere detaljeret fastlåsningen af trådene med holdebånd i de på fig. la, 2 og 3 viste udførelsesformer 4, -5 og 6*.

På fig. 4 og 5 ses den tværsgående korrugering 7, mens der på fig, 5 endvidere ses relativt dybe langsgående korrugeringer 15. Endelig ses på fig. 6 de kuppelformede nedtrykninger 16. Det ses, at nedtrykningerne er trykket ud, hvor holdebåndet ligger an mod armeringstrådene 3.

Fig. .7 viser et billede af et holdebånd med mange langsgående korrugeringer 17, der er foretaget på båndet lige før påviklingen og som efter påviklingen har fået tværsgående nedtrykninger. Her er til forskel fra fig. 5 de langsgående korrugeringer så små, at disse udjævnes, hvor holdebåndet ligger an mod armeringstrådene ved den efterfølgende tværkorrugering.

Det på fig. 8a og 8b viste apparat består af fire korrugerings-valser 8 af et tilpas hårdt materiale, f.eks. gummi, der er profileret til det pågældende kabels diameter over armeringstrådene 3. Valserne 8, der er rillede for at give holdebåndet 4 den ønskede nedtrykning, sidder i et gaffelstykke 9, der er drejeligt omkring tappen 10, som er fastgjort til gaffelholderen 14 i ringen 11. Korrugeringsvalserne 8 er fjederbelastede ved fjedrene 12. Ved hjælp af stilleskruerne 13 kan man indstille valserne 8, så man opnår det ønskede korrugeringstryk mod kablet.

Ved at trække kablet i pilens (fig. 8a) retning i forhold til kor-rugeringsapparatet, korrugeres holdebåndet 4. Apparatet kan enten stå stille eller rotere om kablets akse med en omdrejningsretning svarende til trådviklingen. I førstnævnte tilfælde opnås en korrugering, der forløber i det væsentlige parallelt med kablets akse og i sidstnævnte tilfælde forløber indtrykningerne paralMt med trådenes retning.

I den viste udførelsesform er valserne 8 forsynet med riller. De kan alternativt være udformet med forhøjninger, der kan give kuppelformede eller pyramideformede nedtrykninger, eller være glatte, hvis der pålægges et fordeformeret bånd.

Claims (7)

141518 11

1. Langstrakt cylindrisk legeme, navnlig et elektrisk eller optisk kabel (1, 2), og af den art, der er forsynet med en langsgående koncentrisk forløbende trådarmering (3), der med indbyrdes mellemrum er anbragt i det væsentlige parallelt med legemets akse eller viklet i S- eller Z-skruelinieform eller i S-Z-bølgeform omkring legemet, samt et eller flere omviklede holdebånd og eventuelt en ydre beskyttelseskappe, især af et termoplastisk polymert materiale, kendetegnet ved, at det eller de anvendte holdebånd (4, 5, 6', 6”) før eller efter anbringelsen er forsynet med indtrykninger i alle eller en del af mellemrummene mellem armeringstrådene (3).

2. Legeme ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indtryk-ningeme i holdebåndet eller holdebåndene i områderne over en del af eller alle trådmellemrummene forløber i det væsentlige parallelt med de underliggende trådes retning.

3. Legeme ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indtryk-ningerne i områderne over en del af eller alle trådmellemrummene forløber i en retning, der afviger fra de underliggende trådes retning, fortrinsvis i det væsentlige parallelt med legemets akse.

4. Legeme ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at indtrykningeme har en dybde, der er mindre end eller lig med de underliggende trådes diameter.

5. Legeme ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at indtrykningerne er udformet som korrugerin-ger, der strækker sig uafbrudt i det væsentlige i hele båndets bredde.

6. Legeme ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5» kendetegnet ved, at indtrykningerne er udformet som rækker af kuppelformede eller pyramideformede nedtrykninger.

7. Legeme ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at det eller de anvendte holdebånd er forsynet