CH444928A

CH444928A - Ummanteltes elektrisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: CH444928A
Application number: CH124866A
Authority: CH
Inventors: Jachimowicz Ludwik
Original assignee: Gen Cable Corp
Priority date: 1965-02-01
Filing date: 1966-01-27
Publication date: 1967-10-15
Also published as: FR1465904A; ES321799A1; US3272912A; DE1640127A1; DE1640127B2; GB1139961A; SE330195B; SE372839B

Description

Ummanteltes elektrisches Kabel und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein ummanteltes elektrisches Kabel, bestehend aus einer Seele aus isolierten Leitungen, einem Metallband von gleicher Länge wie die Seele, das rohrförmig um diese herumgebogen ist, und einer den rohrförmigen Körper umschliessenden aufgespritzten Kunststoffummantelung, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper die Seele lose umschliesst und von dieser nicht gestützt wird, sowie ferner dadurch, dass die Kunststoffummantelung am Metallband an der Grenzfläche haftend gebunden ist, um eine Relativbewegung zwischen der Ummantelung und dem umgebogenen Band an der Grenzfläche zu verhindern.

Bei solchen Kabeln können sich die Längskanten des gebogenen Bandes geringfügig überlappen oder im Wesentlichen aneinanderstossen oder auch unter Freilassen eines kleinen Zwischenraums zwischen den Kanten nahezu aneinanderstossen. Das Kabel kann vorzugsweise ein Telephonkabel sein.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des kunststoffummantelten Kabels, bei dem die einen hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzende Kunststoffummantelungsmasse heiss auf das vorgeformte Metallband gespritzt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband in Richtung seiner Längsachse bewegt und kontinuierlich zu dem gewünschten rohrförmigen Querschnitt der gewünschten Grosse umgebogen wird, wobei die benachbarten Längskanten des umgebogenen Bandes sich weiterhin frei relativ zueinander bewegen können, das Ummantelungsmaterial heiss auf den rohrförmigen Körper gespritzt und eine Umfangsschrumpfung des rohrförmigen Körpers bei der Abkühlung der Ummantelungsmasse verhindert wird, indem man dafür sorgt, dass die heisse Ummantelungsmasse vom Zeitpunkt der Berührung an fest am rohrförmigen Körper längs seines Umfangs haftet.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Hierin sind :
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Maschine zur Herstellung von ummantelten elektrischen Kabeln ;
Fig. 2 ein stark vergrösserter Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 ;
Fig. 3 ein stark vergrösserter Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 ;
Fig. 4 ein Schnitt ähnlich Fig. 3, jedoch von einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ;

Fig. 5A ein Querschnitt durch ein Kabel, worin das umgebogene Metallband die Kabelseele lose mit einander überlappenden Kanten umschliesst und der Poly äthylenmantel an Ort und Stelle so gezeigt ist, wie er auf dem Kabel beim Austritt aus der Spritz- (Strangpress) Maschine vorliegt, d. h. bevor sich das heisse Polyäthylen abgekühlt und zusammengezogen hat ;
Fig. 5B ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 5A, jedoch des Zustands, wie er nach Abkühlung und Zusammenziehung des in üblicher Weise aufgebrachten (stranggepressten) Polyäthylenmantels vorliegt ;
Fig. 6A ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 5A, wobei jedoch das umgebogene Metallband an seiner Aussenfläche eine dünne Schicht eines Spezialmaterials besitzt ;
Fig. 6B ein Schnitt ähnlich Fig. 6A, jedoch des Zustands nach Abkühlung und Zusammenziehung des aufgebrachten Polyäthylenmantels ;

Fig. 7A ein Schnitt ähnlich Fig. 6A, wobei nur die Längskanten des umgebogenen Metallbandes mit einem geringfügigen Zwischenraum fast aneinanderstossen, statt sich zu überlappen ;
Fig. 7B ein ähnlicher Schnitt wie Fig. 7A, jedoch des Zustands nach Abkühlung und Zusammenziehung des aufgebrachten Polyäthylenmantels und
Fig. 8 eine Schemazeichnung zur Erläuterung der zugrundeliegenden Gesetzmässigkeiten.

Im folgenden werden insbesondere zwei Typen von armierten Telefonkabeln erwähnt. Beim einen Typ bildet ein umgebogenes unverlötetes Aluminiumband die rohrförmige Metallwand, die von einem Polyäthylen- mantel umgeben ist, während beim zweiten Typ unter dem Polyäthylenmantel ein umgebogenes verlötetes Stahlblechband als Armierung vorgesehen ist. Weitere Einzelheiten über derartige Kabel finden sich in der Veröffentlichung Bell System Cable Sheath Problems and Designs von F. W. Horn und R. B. Ramsey in American Institute of Electrical Engineering (AIEE) Proceedings , 1951, Band 70.

Das Volumen einer Polyäthylenmantelmasse (niedrige Dichte) dehnt sich beim Erwärmen von Raum- temperatur (26, 7 C) bis zur Spritz-oder Strangpresstemperatur von 204, 4 C um 26 /o aus (nach R. D. Biggs und R. P. Guenther, Bell Telephone Laboratories, Eleventh Annual Wire and Cable Symposium, Asbury Park, New Jersey). Die Volumenverringerung zwischen 204, 4 C und 26, 7 C beträgt 21"/o, wenn man sie auf das heisse ausgedehnte Volumen bezieht. Die Auswirkungen dieser Schrumpfung müssen bei der Herstellung von Kabeln mit einem aufgespritzten Polyäthylenmantel berücksichtigt werden.

Beim Umspritzen einer starren tragenden Kabelseele, wie einem bleiummantelten Kabel oder einem Kabel mit einem Mantel aus verlötetem Stahlblechstreifen mit Polyäthylen führt die Schrumpfung des gespritzten Kunststoffs bei seiner Abkühlung nur zu einer Verringerung der Mantelwandstärke. Eine Bewegung der Innenfläche des Mantels konzentrisch auf die Kabelmitte hin während der Abkühlung wird durch die feste Abstützung durch den starren Bleimantel oder den Stahlblechmantel, auf dem die Kunststoffummantelung aufliegt, verhindert. Man kann die konzentrische Schrumpfung der Kunststoffummantelung bei der Abkühlung bei Kabeltypen verhindern, die mit einem umgebogenen Band ummantelt sind, und bei denen unter oder über dem umgebogenen Band kein starrer Träger vorhanden ist, um die Ummantelung gegen eine solche Schrumpfung abzustützen.

Zu derartigen Kabeln gehören die erwähnten mit Aluminiumband und Polyäthylen-Ummantelung um eine lose Kabelseele oder eine solche von Unter grösse, sowie leere Leitungen oder Rohre.

Wenn ein nicht abgestütztes Hohlrohr oder ein umgebogenes unversiegeltes Aluminiumband mit einem Polyäthylenmantel umspritzt wird, wird die von Haus aus in allen drei Raumrichtungen erfolgende Schrumpfung nur in Richtung der Kabellänge unterbunden. Es bleibt also die Schrumpfmöglichkeit in Radial-und Umfangsrichtung. Unter der Annahme einer freien Beweglichkeit wird die Hälfte der Schrumpfung als Radialschrumpfung, d. h. Verringerung der Wandstärke, und die Hälfte als Umfangsschrumpfung, die zu einer Verringerung der Fläche des eingeschlossenen Querschnitts führt, erfolgen. Bei einer Volumenschrumpfung um 21"/o muss jede dieser zwei Dimensionen linear um ungefähr 10 /o schrumpfen. Die radiale Schrumpfung, d. h. die Wandstärkenverringerung, hat keine besondere Bedeutung für den vorliegenden Fall.

Die Umfangsschrumpfung jedoch ist von sehr grosser Bedeutung, da sie zu einer Verringerung des Manteldurchmessers führt. Wenn der Kunststoffmantel ohne irgendeine Abstützung gespritzt wird, fällt er bei der Abkühlung zu einer unregelmässigen unbrauchbaren Form zusammen.

Die Grosse und Wirkung der Radialschrumpfung sei als Beispiel anhand eines mit Aluminiumband und Polyäthylen ummantelten Kabels mit einem Durchmesser von 38, 100 mm über das umgebogene überlappende Aluminiumband und einer Polyäthylenmantel-Wandstärke beim Spritzen von 2, 032mm betrachtet. Eine 101/oigne Schrumpfung der Wandstärke, d. h. Radialschrumpfung, verringert die Wandstärke also um 0, 203 mm. Das kann bei der Wandstärkeeinstellung des Mantels beim Spritzen berücksichtigt werden. Die gleichen 100/o Schrumpfung in Umfangsrichtung verringern den Mantelumfang an der Berührungsfläche mit dem Aluminium um 38, 100 x z x 10 /o = 11, 430 mm.

Die gespritzte Ummantelung erstarrt von der äusseren Oberfläche her, da dass Kabel von der Spritzmaschine in Kühlwasser geleitet wird. Bei mit Aluminiumband und Polyäthylen ummantelten Kabeln drückt die Aussenhaut der gespritzten Ummantelung bei ihrer Verfestigung die noch geschmolzene innere Schicht derselben nach innen gegen das umgebogene Aluminiumband. Die überlappenden Kanten des Bandes gleiten relativ zueinander, bis das Aluminiumband fest gegen die Kabelseele gepresst ist. Bei diesem Abkühlungsvorgang kann die äussere überlappende Kante des Bandes in die Kunststoffummantelung gepresst werden.

Diese örtliche Schwächung (Verdünnung) der Kunststoffummantelung ist unerwünscht und kann durch Verwendung eines Überbrückungsbandes verhindert werden, wie in der USA-Patentschrift Nr. 3 087 007 beschrieben.

Bei Kabeln mit Aluminiumband ist das Aluminiumband normalerweise ziemlich eng um die Kabelseele herumgewickelt, so dass die Bandkanten nur zu ungefähr 0, 76 bis 1, 27 mm übereinander gleiten kön- nen. Damit ist die freie Bewegungsmöglichkeit des Aluminiumbandes unter dem Druck der schrumpfenden Kunststoffummantelung erschöpft, und eine weitere Umfangsschrumpfung der Ummantelung erhöht den Druck der Ummantelung gegen die Kabelseele. Das zeigt sehr gut die Innenfläche von Polyäthylenummantelungen, die über gewellte Aluminiumbänder gespritzt sind. Die Innenfläche des Kunststoffs ist in die Wellen des Aluminiumbandes hineingedrückt worden und hat deren Form angenommen.

Dieser Druck kommt von der Abkühlung und Schrumpfung der Aussenhaut der Ummantelung her, die den Kunststoff gegen das nunmehr auf der Kabelseele aufliegende und von ihr fest abgestützte Aluminiumband drückt.

Wenn die Kabelseele weich oder zu klein ist, um das Aluminiumband abzustützen, schrumpft die auf übliche Weise aufgebrachte Ummantelung weiter im Umfang. Infolgedessen fällt das nicht verlötete Aluminiumband an der Überlappung zusammen. Weiches Ummantelungsmaterial fliesst in den zusammengefallenen Bereich, und man erhält ein deformiertes Kabel oder Rohr, in dem das gebogene Aluminiumband lose klappert. Auf diese Weise erhält man also kein brauchbares Produkt.

Es sind auch Kabel denkbar, wobei man eine Kunststoffummantelung über ein umgebogenes, die Kabelseele abdeckendes Band, das an der Überlappung nicht befestigt ist und eine weiche oder kleine Seele umschliesst, spritzen will. Man kann einen Mantel auf eine gewellte Kabelseele oder doppelt ummantelte Kabel aufbringen, bei denen das gewellte Metallband in der darunter liegenden Ummantelung keine Eindrücke erzeugen soll, wie in den sog. Minuteman -Kabeln. Bisher bestand die einzige Lösung für derartige Probleme darin, das Metallband so zu biegen, dass die Kanten des gebogenen gewellten Bandes aneinanderstossen und das Band absichtlich zu verziehen oder zu verdrehen, um sicherzustellen, dass die Wellungen nicht aufeinanderpassen, damit nicht eine Kante über die andere glei ten kann.

Dieser Aufbau einer gewellten Kabelseele ist beschrieben in Bell Laboratories Records, Oktober 1964, Seite 311-312.

Vorzugsweise wird das um die Kabelseele zu einem Rohr gebogene Metallband wenigstens an seiner äus- seren Oberfläche mit einem dünnen Film einer besonderen Polyäthylenverbindung überzogen, die auf die Oberfläche des Metallbandes innig aufgeschmolzen ist und fest daran haftet. Diese auch im USA-Patent Nr.

3 233 036 beschriebene besondere Verbindung besteht aus Polyäthylen mit einem Gehalt an reaktionsfähigen Carboxylgruppen, die die Fähigkeit besitzen, eine sehr feste Haftung am Aluminiumband und auch an der aufgespritzten Polyäthylenummantelung zu entwikkeln. Das mit dieser besonderen Verbindung überzogene Aluminiumband wird gelegentlich als Aluminiumband mit aufgeschmolzenem Polyäthylen bezeichnet.

Wenn die Polyäthylen-Ummantelungsmasse auf das von einem umgebogenen Band aus Aluminium mit aufgeschmolzenem Polyäthylen gebildete Rohr aufgespritzt wird, haftet die heisse Kunststoffummantelung sofort und fest an dem dünnen Film der besonderen Polyäthylenverbindung an der Aussenfläche des umgebogenen Bandes. Es wurde gefunden, dass diese Haftung die Bewegungsfreiheit des Materials der Ummantelung bei seiner Abkühlung einschränkt. Die Schrumpfung der sich abkühlenden Ummantelung wird in allen Richtungen ausser einer unterbunden. Die Ummantelung kann nur in Richtung der Wandstärke schrumpfen.

Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine lose Kabelseele 10, die mit gleichförmiger Bewegung in der durch Pfeile 12 angegebenen Richtung vorgeschoben wird. Ein beschichtetes Metallband 14 wird mit der Kabelseele 10 vorgeschoben und durch Andrückwalzen 16 um die Kabelseele 10 herumgebogen. Diese Andrückwalzen 16 sind nur ein Beispiel für Formvorrichtungen zum Biegen des Bandes 14 zu einem rohrförmigen Körper, bei dem die gegenüberliegenden Kanten 18 des Bandes aneinanderstossen oder im wesentlichen aneinanderstossen, wie in Fig. 3 gezeigt, oder einander längs eines Längssaumes 20 überlappen, wie in Fig. 4 gezeigt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Paar von Andrückwalzen 16 gezeigt, jedoch können selbstverständlich weitere Andrückwalzen verwendet werden, wie es beim üblichen Rohrformen geschieht.

Das beschichtete Metallband 14 umfasst ein quergewelltes Aluminiumband 22. Die Wellen sind in Fig.

2 klar gezeigt. An der die Aussenfläche des Rohrs nach dem Umbiegen des Bandes um die Kabelseele 10 bildenden Seite des Metallbandes 22 befindet sich eine dünne Kunststoffbeschichtung 24. Vorzugsweise befindet sich an der anderen Seite des Bandes 22, die die Rohrinnenfläche bildet, eine ähnliche Beschichtung 26. Diese Innenbeschichtung ist für die Erfindung nicht wesentlich, liefert jedoch einen wichtigen Schutz des Metallbandes gegen Korrosion. Die Beschichtungen
24 und 26 werden auf das Metallband 22 aufgebracht, bevor es in die in Fig. 1 gezeigte Maschine eingeführt wird, und das beschichtete Band 14 kann auf einer (nicht gezeigten) Spule gelagert werden, aus der es für den in Fig. 1 gezeigten Produktionsschritt (Formen) abgezogen wird.

Die Kunststoffbeschichtungen 24 und 26 bestehen aus Polyolefinkunststoff, der mit einem Material ver einigt ist, um eine haftende Masse zu bilden, die eine feste Bindung an das Metallband 22 ausbildet und auf der ein aufgespritzter Kunststoff bei Berührung sofort haftet. Die Beschichtungen 24 und 26 sollen biegsame Schutzfilme mit hohem elektrischen Widerstand, grosser Beständigkeit gegen Chemikalien und Feuchtigkeit und ausserordentlich guter Haftung am Aluminiumband 22 sein, um den Bearbeitungsschritten, wie Wellen des beschichteten Bandes 14, und einer Ablösung der Schicht in korrodierenden Atmosphären oder Flüs- sigkeiten zu widerstehen.

Polyäthylenfilme erfüllen im allgemeinen die Bedinungen von elektrischem Widerstand und Beständig- keit gegen Chemikalien und Feuchtigkeit. Polyäthylen haftet jedoch nicht mit der gewünschten Festigkeit an Metallen, da Polyäthylen inert ist und nur eine mechanische, auf einer Haftung vom Reibungstyp beruhende Bindung entwickeln kann. Die besten Ergebnisse werden mit einem Mischpolymer von Polyäthylen und Acrylgruppen, beispielsweise einem Pfropfmischpolymer von Polyäthylen und einem Monomer mit reaktionsfähigen Carboxylgruppen, wie einer Acrylsäure oder einem Acrylester, erhalten, wie im USA-Patent Nr.

3 233 036 oder in den USA-Patenten 2 987 501 und 3 027 346 beschrieben. Der Carboxylbestandteil des Mischpolymers hat die Eigenschaft, mit den Metallen chemische Bindungen auszubilden, um die gewünschte Bindung des Films an das Metall zu ergeben.

Das Mischpolymer ist von solcher Art, dass, wenn man es auf beide Seiten des Aluminiumbandes 22 in einer Dicke von 0, 025 bis 0, 075 mm aufbringt, es einen direkten Angriff nuf die Metalloberfläche in korrodierender Umgebung, wie bsim Verlegen von Telefonkabsln an verschiedenen Stellen erwartet werden muss, verhindert.

Wenn dh Filmschichten 24 und 26 an irgendeinem Punkt verletzt werden, mag das Metall dem kor rod-erenden Angriff an der Verletzungsstelle ausgesetzt sein, jedoch ist die Geschwindigkeit der Zerstörung des Metallbandes 22 sehr viel geringer als für ein unbeschichtetes Metallband, da der Angriff der Korrosion, der die Fläche des zerstörten Metalls vergrössert, in Richtung der Länge des Bandes zwischen den Schutzschichten 24 und 26 verlaufen muss. Um jeden mög- lichen Korrosiorsweg so zu begrenzen, müssen die Beschichtungen 24 und 26 am Metallband ohne Ablösung unter der Einwirkung korrodierender Bedingungen und der mechanischen Kräfte der Korrosionsprodukte haften.

Im Handel sind geeignete Materialien für die Beschichtungen 24 und 26 erhältlich von der Dow Chemical Company in Midland, Mich., USA unter der Bezeichnung Copolymer Resin QX 3623 und Copolymer Resin QX-4262. 6
Folgendes Beispiel sei zur Erläuterung gegeben. Ein Aluminiumband von 0, 203 mm Stärke wurde beiderseits mit 0, 051 mm der besonderen Polyäthylen- verbindung beschichtet. Das beschichtete Band wurde quergewellt, wobei die Tiefe der Wellungen 1, 27 mm betrug und 9 bis 10 Wellungen pro 2, 5 cm erzeugt wurden. Die Wellungen sind nicht wesentlich, machen jedoch das ummantelte Kabel oder die ummantelte Rohrleitung biegsam.

Die Dicke des Metallbandes und der Bandbeschichtungen ist in Fig. 2 bis 4 und 6A bis 7B übertrieben, was notwendig ist, um den Aufbau klar zu zeigen.

Nach den Andrückwalzen 16 läuft die Kabelseele mit der vom umgebogenen Band 14 gebildeten rohr förmigen Umhüllung durch eine Spritzumnnntelungs- maschine 30, wo ein Extruder 32 Kunststoff 34, vorzugsweise Polyäthylen, durch Umspritzen auf die Aus senfläche des umgebogenen Bandes 14 unter Bildung einer Ummantelung 36 aufbringt. Diese äussere Ummantelung 36 wird vorzugsweise aus schwarzem Poly äthylen der gewöhnlich für den Aussenmantel elektrischer Kabel benutzten Art hergestellt. Bei seiner Spritztemperatur haftet der Kunststoff 34 bei der Berührung sofort auf dem die Aussenschicht 24 bildenden Material und liefert einen Schichtaufbau mit dem beschichteten Aluminiumband 14. Die Aussenummantelung 36 besitzt vorzugsweise eine radiale Dicke zwischen 1, 524 mm und 2, 032 mm.

Das umgebogene Band 14 ist bei seinemEintritt in den Extruder 32 nicht klebrig, wird jedoch durch die Hitze der Ummantelung aktiviert, wenn es mit der Ummantelungsmasse in Berührung kommt. Nachdem einmal eine genügend feste Haftung zwischen der Ummantelung 36 und dem umgebogenen Band 14 entwickelt ist, kann die Ummantelung 36 nur noch in einer einzigen Richtung schrumpfen, nämlich in Richtung der Wandstärke. Das Haftmaterial soll derart sein, dass die Haftung bei der Abkühlung fester wird, da die zusammenziehenden Kräfte in der Ummantelung bei der Abkühlung der Ummantelung ebenfalls von einigen Zehntel kg/cm2 im heissen Zustand bis auf ungefähr 126 kg/cm2 bei Raumtemperatur ansteigen.

Die Haftung der äusseren Ummantelung 36 am umgebogenen Band hängt von der Temperatur ab, bei der die Kunststoffmasse 34 über das umgebogene Band 14 gespritzt wird. Es ist zweckmässig, die Temperatur des Kunststoffmaterials 34 im Bereich von 204, 4 bis 232, 2 C zu halten, wenn es sich um Polyäthylen mit hohem Molekulargewicht und Spritzgeschwindigkeiten von 15, 24 m/Min. und darüber handelt. Das ist mit normalem Herstellungsverfahren zu vereinbaren.

Fig. 3 zeigt das beschichtete Metallband 14 um eine lose Kabelseele 10 herumgeformt, wobei die Kabelseele nicht gross genug ist, das umgebogene Band 14 gegen in Umfangsrichtung wirkende Zusammenziehung und Zusammenfallen in irgendeiner Weise abzustützen. Um ein Durchhängen der mit dem Band umgebenen Seele zu verhindern, kann eine Stützrolle 46 auf der Laufstrecke zwischen der Formstation oder den Andrück- walzen 16 und der Spritz-und Ummantelungsstation 30 verwendet werden.

Fig. 4 zeigt einen abgewandelten Aufbau, wobei das beschichtete Metallband 14 um die Kabelseele 10 herum mit einem fJberlappungssaum statt des Stossaums 20 der Fig. 3 geformt ist. Alle anderen Teile in Fig. 4, die denen in Fig. 3 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 5A und 5B zeigen, was eintritt, wenn man eine Polyäthylenummantelung auf übliche Weise auf das eine lose Kabelseele umhüllende überlappend umgebogene Aluminiumband spritzt. Die Fig. 6A und 6B zeigen zum unmittelbaren Vergleich, was eintritt, wenn man eine Polyäthylenummantelung auf das eine lose Kabelseele umhüllende überlappend umgebogene Metallband spritzt. Der Kabelaufbau und die Verfahrensbedingungen der Untersuchungen, auf denen diese Zeichnungen beruhen, waren in beiden Fällen gleich, ausser dass in den Fig. 5A und 5B das Aluminiumband unbeschichtet, in den Fig. 6A und 6B dagegen mit der besonderen haftenden Polyäthylenverbindung, wie oben beschrieben, beschichtet war.

In Fig. 5A ist die Kabelseele 61 gezeigt, wie sie lose von dem vom umgebogenen Aluminiumband 62 gebildeten annähernd zylindrischen Rohr umgeben ist.

Die Bandkanten überlappten einander, wie gezeigt. Die zylindrische Polyäthylenummantelung 63 ist in dem Zustand gezeigt, wie sie heiss aus der Spritzmaschine kommt. Beim Abkühlen zieht sich die Polyäthylenum- mantelung 63 in Umfangsrichtung zusammen, was bewirkt, dass die überlappenden Kanten des Aluminiumbandes aneinander vorbei gleiten und damit die vom umgebogenen Band umschlossene Querschnittsfläche verringern und die ursprünglich im wesentlichen zy lindrische Form verzerren. Dabei drückte sich die Aus senkante des Bandes in die Polyäthylenummantelung ein und verringerte ihre Wandstärke unmittelbar oberhalb der Bandkante im Vergleich mit anderen Stellen des Umfangs. Dieses Ergebnis ist in Fig. 5B gezeigt.

Fig. 6A zeigt die Kabelseele 61', die lose eingeschlossen ist in dem vom umgebogenen Aluminiumband 62'gebildeten annähernd zylindrischen Rohr, wobei sich die Bandkanten, wie gezeigt, überlappen. Die aufgespritzte Polyäthylenummantelung 63', noch heiss vom Extruder, war zylindrisch. Die Hitze der Ummantelung aktivierte die Spezialpolyäthylenbeschichtung auf der äusseren Oberfläche des Bandes 62', was zu einer sofortigen Haftung der Ummantelungsmasse am beschichteten Band rings um dessen Umfang führte. Beim Abkühlen zog sich die Polyäthylenummantelung 63'zusammen, jedoch konnte das Band 62'in Umfangsrichtung nicht frei unter der Ummantelung 63'gleiten, und die Schrumpfung der Ummantelung war auf radiale Schrumpfung beschränkt, die nur zu einer Verringerung der Ummantelungswandstärke führte.

Ein Gleiten der überlappenden Kanten des umgebogenen Bandes relativ zueinander trat nicht ein, und man erhielt als Endergebnis den in Fig. 6B gezeigten Kabelaufbau.

Der in Fig. 7A gezeigte Kabelaufbau ist ähnlich dem in Fig. 6A, ausser dass sich die umgebogenen Bandkanten nicht überlappen sondern zwischen ihnen ein geringer Zwischenraum bleibt. Fig. 7A zeigt den Aufbau mit der noch heissen Polyäthylenummantelung in zylindrischer Form, wie sie auf das umgebogene Aluminiumband 62", das an seiner äusseren Oberfläche eine Beschichtung mit der Spezialhaftmasse besitzt, aufgespritzt ist. Eine sofortige Haftung der heissen Ummantelung 63"am umgebogenen Band 62"verhindert eine Bewegung der Ummantelung relativ zur Bandoberfläche. Bei der Abkühlung kann sich die Masse der Ummantelung 63"nur in einer radialen Richtung zusammenziehen, abgesehen von einer sehr schmalen Fläche des Umfangs über dem Spalt zwischen den Kanten des umgebogenen Bandes.

Die Schrumpfung führt also zu einer Wandstärkenverringerung der Ummantelung 63", ausser am schmalen Spalt zwischen den Kanten des umgebogenen Bandes, wo die Masse geringfügig eintritt und sich nach innen in den Spalt herabwölbt, wie in Fig. 7B gezeigt.

Zur Verhinderung einer Umfangsschrumpfung der thermoplastischen Ummantelung bei ihrer Abkühlung muss die Innenfläche der Ummantelung trotz der Schrumpfung der Masse des darüberliegenden Ummantelungsmaterials eine gleichbleibende Urnfangslänge behalten. Bei üblichen Aluminium-Kabeln haftet die Poly äthylenummantelung nicht am Aluminium, und die Abkühlung der aufgespritzten Ummantelung führt zu einem teilweisen Zusammendrücken des Aluminiumrohrs, bis dieses von der Kabelseele gestützt wird. Dagegen haftet bei dem vorliegenden Kabel die Polyäthylenummantelung bereits beim Aufspritzen fest an dem besonderen Spe zialpolyäthylen-Haftüberzug auf dem Metallband, und ein Zusammenfallen des Metallrohres tritt nicht ein.

Zur Erläuterung der vorliegenden Gesetzmässig- keiten wird auf die Schemazeichnung Fig. 8 Bezug genommen. Es sei ein Segment der thermoplastischen Ummantelung und des Metallbandes betrachtet. Wenn man die Ummantelung 1 an den Punkten A und B am Metallband 2 haften lässt, wird das Metallband 2 bei der Schrumpfung der Ummantelungsmasse der zusammendrückenden Kraft S unterworfen ; diese tritt als Folge der Schrumpfung der Ummantelung auf und hängt von den Spritzbedingungen ab. In den meisten Fällen kann sie eine Höhe von 35 kg/cm2 erreichen. Das Metallband 2 kann als ein unter Druck stehender prismatischer Körper angesehen werden, wenn die Punkte A und B nahe genug beieinanderliegen.

Für die in einem unter Druck stehenden prismatischen Aluminiumkörper auftretenden Spannungen wird im Handbuch Aluminium Structural Design der Reynolds Metal, Company, Louisville 1, Kentucky, 1951 die folgende Formel angegeben :
EMI5.1
worin -= die Festigkeitsgrenze des prismatischen Kör a pers (in kg/cm2 k = Koeffizient der Endbefestigung
L = Länge der Säule (in cm) und r = der Trägheitshalbmesser des Bandes (in cm) sind.

In diesem Fall ist k = 1, und für ein Aluminiumband von 0, 0203 cm Dicke gilt r = 0, 29 X 0, 203 = 0, 005887 cm
Die Höchstbelastung, die das Band A-B vor dem Zusammenfallen aushält, beträgt :
EMI5.2

Wenn die Ummantelung eine Wandstärke von 2, 032 mm hat, wie sie für Telefonkabel typisch ist, beträgt die auf 25, 40 mm axialer Kabellänge wirkende Kraft 18, 144 kg.

Die auf das Aluminiumband an den Punkten A und B wirkende Druckspannung beträgt 352 kg/cm2.

Wenn die Ummantelung am tragenden Band nahezu kontinuierlich haftet, nähert sich die Entfernung L zwischen den Punkten A und B dem Wert Null, und das Aluminiumband wird nicht zusammenfallen, da
EMI5.3

Wenn jedoch die Haftung punktweise erfolgt und die Entfernung L den Wert 436-352 = 21, 35 L oder L = 3, 937 mm erreicht, wird das Band zusammenfallen und die Ummantelung in Umfangsrichtung schrumpfen.

Die tatsächlichen Vorgänge bei der Verhinderung der Umfangsschrumpfung der Ummantelung sind komplizierter. Zunächst ist die Spannung S klein, da sich die Ummantelung in geschmolzenem Zustand befindet.

Ebenso ist die Bindung zwischen der Ummantelung und dem geschmolzenen Ueberzug auf dem Band an den Punkten A und B schwach. Bei der Abkühlung des Kabels nimmt die Spannung S zu und erfordert stärkere Bindungen an den Punkten A und B. Diese werden geliefert vom Mischpolymerüberzug auf dem Band, der ebenfalls ein (modifiziertes) Polyäthylen ist, sich abkühlt und eine Festigkeitssteigerung im gleichen Temperaturbereich wie das Ummantelungsmaterial erfährt.

Mit Zunehmen der Spannung in der sich abkühlenden Ummantelung steigt dann allmählich die Haftung am Metall an und damit die Fähigkeit, die Spannungen auf das Metall zu übertragen. Bei der Endabkühlung werden Spannungen in der Ummantelung auf das Aluminiumband übertragen, das sie ohne Zusammenfallen oder Knittern aufnimmt. Untersuchungen bei verschiedenen Spritzbedingungen haben gezeigt, dass die untere Grenze für die Dicke von Aluminiumband, das ohne Zusammenfallen verwendet werden kann, 0, 102 mm beträgt. Aluminiumband mit 0, 203 mm Dicke bietet einen Sicherheitsfaktor, selbst wenn die Haftung zwischen der Ummantelung und dem Band nicht vollkom- men kontinuierlich ist.

Das zur Herstellung der rohrförmigen Umhüllung für die Kabelseele umgebogene Metallband ist in einigen der Erläuterungen als Aluminiumband angegeben worden, kann jedoch ebenso aus Kupfer oder einem anderen Material bestehen.

Claims

PATENTANSPRUCH I Ummanteltes elektrisches Kabel, bestehend aus einer Seele (10) aus isolierten Leitungen, einem Metallband (22) von gleicher Länge wie die Seele, das rohrför- mig um diese herumgebogen ist, und einer den rohrförmigen Körper umschliessenden aufgespritzten Kunststoffummantelung (36), dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper die Seele lose umschliesst und von dieser nicht gestützt wird, sowie ferner dadurch, dass die Kunststoffummantelung am Metallband an der Grenzfläche haftend gebunden ist, um eine Relativbewegung zwischen der Ummantelung und dem umgebogenen Band an der Grenzfläche zu verhindern.

UNTERANSPRUCHE 1. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine dünne Schicht (24) aus an Metall fest haftendem Kunststoff mit der äusseren Oberfläche des Metallbandes fest haftend verbunden und die verhältnismässig dickere darüberliegende Kunststoffummantelung an die dünne Schicht von klebendem Kunststoff haftend gebunden ist.

2. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dün- ne Schicht (24) aus klebendem Kunststoff auf dem Metallband (22) aus einem Mischpolymer von Aethylen und einem Monomer mit reaktionsfähigen Carboxylgruppen besteht.

3. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Metallband (22) zu einem rohrförmigen Körper gebogen ist, bei dem sich die Bandkanten (18) relativ zueinander frei bewegen können, dass eine dünne Schicht (24) aus einem stark klebenden Kunststoff vorgesehen ist, der mit der äus- seren Oberfläche des Bandes fest haftend verbunden ist, und dass eine verhältnismässig dickere Kunststoffummantelung (36) die dünne Schicht des klebenden Kunststoffs umschliesst und an diese fest haftend gebunden ist, um eine Bewegung der äusseren Kunststoffummantelung relativ zum umgebogenen Band und eine Relativbewegung zwischen den Bandkanten zu verhindern.

4. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band ein Aluminiumband von wenigstens 0, 102 mm Dicke ist.

5. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band mit über die volle Breite des Bandes reichenden Querwellungen versehen ist.

6. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band aus Aluminium und die dickere Aussenbeschichtung aus Polyäthylen besteht.

7. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht von klebendem Kunststoff auf dem Band aus einem Mischpolymer von Polyäthylen und einem Monomer mit einer reaktionsfähigen Carboxylgruppe besteht.

8. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomer mit der reaktionsfähigen Carboxylgruppe eine Acrylsäure ist.

9. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf dem Band aus einem Mischpolymer von Polyäthylen und einem Monomer mit einer reaktionsfähigen Carboxylgruppe einschliesslich einem Acrylsäureester besteht und das Aluminiumband 0, 127 mm bis 0, 254 mm dick und die Beschichtung auf dem Aluminiumband 0, 025 bis 0, 076 mm dick ist.

10. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Aluminium bestehende Band ungefähr 0, 203 mm dick und mit einem etwa 0, 051 mm dicken tYberzug aus klebendem Kunststoff beschichtet ist und das Band pro 2. 54 cm seiner Länge mit ungefähr 5 bis 10 Querwellungen mit einer Tiefe von ungefähr 1, 27 mm versehen ist.

11. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohrs im wesentlichen kreisförmig ist und die Längskanten des Bandes im wesentlichen aneinanderstossen.

12. Elektrisches Kabel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohrs im wesentlichen kreisförmig ist und die Längskanten des Bandes einander überlappen.

PATENTANSPRUCH II Verfahren zur Herstellung des kunststoffummantelten elektrischen Kabels nach Patentanspruch I, bei dem die einen hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzende Kunststoffummantelungsmasse heiss auf das vorgeformte Metallband gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (22) in Richtung seiner Längsachse bewegt und kontinuierlich zu dem gewünschten rohrförmigen Querschnitt der gewünschten Grosse umgebogen wird, wobei die benachbarten Längskanten (18) des umgebogenen Bandes sich weiterhin frei relativ zueinander bewegen können, das Ummantelungsmaterial heiss auf den rohrförmigen Körper gespritzt und eine Umfangsschrumpfung des rohrförmigen Körpers bei der Abkühlung der Ummantelungsmasse verhindert wird, indem man dafür sorgt,

dass die heisse Ummantelungsmasse vom Zeitpunkt der Berührung an fest am rohrförmigen Körper längs seines Umfangs haftet.

UNTERANSPRLTCIE 13. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelungsmasse Polyäthylen ist und an der später die Aussenseite des rohrförmigen Körpers bildenden Oberfläche des Bandes eine dünne Schicht (24) aus Polyäthylen mit einem Gehalt an reaktionsfähigen Carboxylgruppen fest haftend aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Band in eine gewünschte rohrförmige Form umgebogen wird, so dass sich die Bandkanten überlappen (Fig. 4).

15. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Band in eine gewünschte Rohrform umgebogen wird, so dass sich die Bandkanten in einem geringen Abstand voneinander befinden (Fig. 3).

16. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man auf eine Oberfläche eines Bandes eine dünne Schicht (24) eines fest haftenden Kunststoffmaterials festhaftend aufbringt, das Band in Längs- richtung bewegt und fortlaufend so zu einem rohrförmigen Körper umbiegt, dass sich die Kunststoffschicht an dessen Aussenseite befindet und die Bandkanten sich relativ zueinander frei bewegen können, und auf den rohrförmigen Körper ein Rohr (36) aus Kunststoffummantelungsmasse bei einer solchen Temperatur aufzieht oder aufspritzt, dass die auf dem umgebogenen Band befindliche Schicht aktiviert wird,

um eine sofortige feste Bindung zwischen dieser Schicht und dem Ummantelungsmaterial an der Grenzfläche zu erhalten und eine Umfangsschrumpfung der Ummantelung und eine Relativbewegung zwischen den Bandkanten zu verhindern.

17. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man auf eine Oberfläche eines Metallbandes (22) eine dünne Schicht (24) eines fest klebenden Kunststoffmaterials festhaftend aufbringt, das Band längs einer weiterbewegten Leiterseele (10) zieht, das Band fortlaufend um die weiterbewegte Seele so zu einem rohrförmigen Körper umbiegt, dass sich die Kunststoffschicht (24) an dessen Aussenseite befindet und die Längskanten des Bandes sich weiterhin relativ zueinander frei bewegen können, und ein Rohr oder einen Schlauch (36) aus Kunststoffummantelungsmasse auf den rohrförmigen Körper bei einer solchen Temperatur aufzieht oder aufspritzt, dass die Schicht (24) auf dem umgebogenen Band aktiviert wird,

so dass zwischen dieser Schicht und dem Ummantelungsmaterial an der Grenzfläche eine sofortige Bindung eintritt und die Umfangsschrumpfung der Ummantelung und die Relativbewegung zwischen den Bandkanten vermieden werden.