DE3328478A1 - Ein- oder mehradriges elektrisches energiekabel - Google Patents

Description

• Ein- oder mehradriges elektrisches Eneryiekabel
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein ein- oder mehradriges elektrisches Kabel oder eine Leitung, insbesondere in flexibler Ausführung zur Stromversorgung ortsveränderlicher Verbraucher, mit einer über der Seele befindlichen Bewehrung aus einer oder mehreren konzentrischen Lagen aus Drähten oder Litzen oder einem Geflecht sowie einem darUber extrudierten Mantel als äußere Umhüllung.
• Elektrische Energieübertragungskabel weisen oft über der Seele eine sog.
• Bewehrung auf. Diese z B. aus Stahlbändern, -drähten oder auch -geflechten bestehenden konzentrischen Lagen haben die unterschiedlichsten mechanischen, aber auch elektrischen Aufgaben zu erfUllen. So ist es Aufyabe einer Bewehrung, die Kabelseele sowie den Kabelmantel vor Beschddigung durch Schlag oder Druck beim Transport oder bei der Verlegung zu schützen, aber auch dafür zu sorgen, daß in diesen Fällen eine erhöhte Zugbeanspruchung, nicht zu einer Beschädigung der Kabel seele führt. Darüber hinaus übernimmt aber eine Bewehrung bisweilen auch die Funktion einer Abschirmung, z. B. als sog. Induktionsschutzbewehrung, um in benachbarten Kabeln oder Anlagen aufgrund von Fehlerströmen Spannungen zu vermeiden, oder eines Schutzleiters.
• Der mechanische Schutz der Kabelseele ist besonders schwierig auszufuhren, wenn die jeweiligen Kabel oder Leitungen ortsveränderliche Verbraucher mit Energie zu versorgen haben. Hierbei sind nämlich die Kabel oder Leitungen härtesten, stark wechselnden mechanischen Belastun gen ausgesetzt, die nun schwer zu kontrollieren und nicht immer vorhersehbar sind. Hinzu kommt, daß die Bewehrung die Flexibilität der Kabel oder Leitungen nicht oder nur unwesentlich beeinflussen darf. Solche Fälle sind beispielsweise Versorgungsleitungen für Kräne, Hebezeuge, Bagger und dergleichen, aber auch Kabel für ortsveränderliche Bergbaugeräte, an die besondere Forderungen z. B. hinsichtlich ihrer Reißfestigkeit bei hoher Flexibilität gestellt werden. So werden solche Versorgungsleittingen im Betrieb ständig auf- und abgetrommelt, über Rollen umgelenkt oder sonst wie zwangsläufig geführt. In der üblichen Ausführung.werden daher die Kabel oder Leitungen mit Metallbewehrungen, etwa in Form konzentrischer Drahtlagen über der Seele, ausgestattet, oder sie werden beispielsweise mit Fasergeflechten versehen, die auch bei starker mechanischer Beanspruchung eine überbeanspruchung von Leitern und Seele vermeiden sollen.
• Während Fasergeflechte zwar hohe Reiifestigkeiten aufweisen, also Beanspruchungen in Achsrichtung auszuhalten in der Lage sind, wirken sie nicht gegen Stoßbeanspruchungen in radialer Richtung, so daß für besonders hoch beanspruchte flexible Kabel noch immer Stahldrahtbewehrungen im Einsatz sind. Die Drahtiage kann durch eine Bebänderung z. B. aus einem flammenwidrigen Glasseidenband überdeckt sein. Solche Glasseidenbänder erfüllen infolge ihrer bekannten Bruchigkeit jedoch nicht immer die gestellten Forderungen, ganz abgesehen davon, daß der oberhalb der Bebanderung befindliche Kunststoffmantel nur lose über der Bewehrung angeordnet ist und bei Biegebeanspruchungen des Kabels oder der Leitung leicht aufschiebt.
• Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, Schäden an Bewehrungen bei Kabeln und Leitungen durch stark wechselnde mechanische Beanspruchung weitgehend zu unterbinden.
• Gelöst wird diese Aufgabe gemäi der Erfindung dadurch, da13 der Mantel aus im wesentlichen einheitlichem Material mehrschichtig aufgebaut ist, die Schichten miteinander verschmolzen sind und die der konzentrischen Bewe-hrung zugekehrte innerste Mantelschicht die Freiräume der Bewehrung ausfüllt. Die Qualität und Lebensdauer eines so aufgebauten Kabels oder einer Leitung wird dadurch wesentlich erhöht. Die in die Bewehrung eingreifende Mantelschicht wirkt zwischen den Einzelelementen, etwa den Drähten oder auch Bändern, dieser Schicht wie ein Schmiermittel. Die Entstehung von Beulen im Mantel beim Biegen des Kabels sind vermieden, der für das Ziehen mechanisch hochbeanspruchter Kabel notwendige Kraftschlul3 zwischen Mantel und Bewehrung,z. B. Geflecht, bleibt erhalten.
• Ein weiterer Vorteil des Einbettens z. B. der Geflechtdrähte einer Bewehrung in einem Teil des Mantelmaterials ist der, daß es nicht mehr zu einem Durchscheuern der Geflechtdrähte oder Litzen an den Kreuzungsstellen infolge ständiger Biegebeanspruchung kommt. Durchgescheuerte Einzeldrähte können nämlich mit ihren Enden nach außen und in die Kabel seele eindringen und Anlaß für elektrische Kurzschlüsse sein.
• Um den Ansprüchen hinsichtlich Flexibilität und Trommelbarkeit in ausreichendem Maße zu genügen, ist es in Durchführung der Erfindung zweckmäi3ig, daS der Mantel aus zwei miteinander verschmolzenen Schichten aus natiirlichem oder synthetischem Gummi besteht und die Einzelelemente der konzentrischen Bewehrung in der der Bewehrung zugekehrten inneren Mantelschicht eingebettet sind. Hiermit wird eine besonders intensive Schmierung z. B. der Geflechtdrähte erreicht. Solche Kabel sind daher besonders für den Einsatz unter erschwerten Bedingungen geeignet, beispielsweise für die Energieversorgung im Bergbau. Hier verursachen Kabel schäden, die ein Auswechseln der Kabel erforderlich machen, hohe Kosten, so daß Kabel hoher Qualität und langer Lebensdauer verlangt werden. Ein nach der Erfindung aufgebautes Kabel mit einem vom Gummimantel eingeschlossenen Metallgeflecht z. B. liefert hierzu einen wesentlichen Beitrag.
• Entscheidend für die mit dem Kabel nach der Erfindung erzielten Vorteile ist die Herstellung des Kabels selbst. So ist nach der Erfindung zur Lösung des eingangs geschilderten Problems vorgesehen, daß der Mantel aus Thermoplasten oder Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken in zwei Schichten aufgebracht wird, wobei die Viskosität der Schmelze'der der Bewehrung zugekehrten inneren Schicht etwa einem Drittel der Viskosität der Schmelze der äußere Mantelschicht beträgt. Bei der Extrusion der Mantelschichten, zweckmäßig in einem Arbeitsgang in einem Extruder mit Doppelkopf, dringt die niederviskose Schmelze leicht in das z. B. als Kabelbewehrung verwendete Metallgeflecht ein, füllt dort alle Freiräume aus und sichert gleichleitig eine innige Verbindung zur äuf3eren, eigentlichen Mantelschicht. Um diesen Verbund von innerer geflechtfüllender Mantelschicht und äußerer Mantelschicht zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, wenn die Materialien beider Schichten auf dem gleichen Basispolymer bzw. -rezept aufgebaut sind. Unterschiede im Mischungsaufbau, die der äußeren Schicht wegen des Einflusses äußerer mechanischer Kräfte eine erhöhte Abriebfestigkeit verleihen, sind unerheblich.
• Die Erfindung sei anhand des in der Fig. als Ausführungsbeispiel dargestellten Mittelspannungskabels näher erläutert.
• Die als Litzenleiter ausgebildeten Leiter 1 des Kabels, die zur Erhöhung der Flexibilität mit kleiner Schlaglänge im Gleichschlag verseilt sind und dem Energietransport dienen, sind von der Isolierung 2, z. B. aus einem Natur- oder Synthesekautschuk oder auch aus einem sog. thermo- plastischen Kautschuk umgeben. Im Falle eines Mittelspannungskabels trägt der Leiter 1 die sog. innere Leitschicht 3, für Niederspannungskabel oder leitungen erübrigt sich diese aus elektrischen Gründen vorgesehene Leiterglättung.
• Oberhalb der Isolierung befindet sich die mit der Isolieroberfläche fest verschweißte, sofern es sich um Mittelspannungskabel handelt oder nur "lose" aufextrudierte äußere Leitschicht 4, sofern Niederspannungskabel oder -leitungen nach der Erfindung ausgebildet werden. Die Leitschicht selbst kann z. B. aus einem durch Rußzusatz leitfähigen Ethylen-Vinylacetat-Copolymer bestehen.
• Mit 5 sind aus einem Litzenleiter Or und einer leitfähigen Umhüllung 7 bestehende Schutz- oder überwachungsleiter bezeichnet. Die zur Rundung der Seele dienenden Beiläufe 8 bestehen z. B. aus einem Gummi oder aus gummiähnlichem Material.
• Zur Verbesserung der Flexibilität und Erhöhung der Betriebssicherheit sind die Freiräume in der Seele, d.- h; die Zwickel zwischen-den Energieadern, den Schutzleitern, Beiläufen und dergleichen mit einem z. B. mit 2 Gew.-% Weichmacher angeölten Graphit 9, das beim Einbringen rieselfähig ist und eine gute Haftfähigkeit aufweist, angefüllt. Umschlossen wird die Seele von einem leitfähigen Faservlies 10, das zweckmäßig auf der der Seele zugekehrten Seite glatt ist, um eine Bewegungsmöglichkeit der Seele zu gewährleisten.
• Der sog. Innenmantel 11, beispielsweise aus einer vernetzten Gummimischung, umschließt die Kabelseele. Darüber ist, gegebenenfalls nach einer Bandbewicklung aus einer geeigneten Kunststoffolierein mechanisch hochfester Stahlgeflecht 12 angeordnet.
• Damit die einzelnen Drähte des Geflechts sich nicht bei den hohen Biege-und Zugbeanspruchungen während des Betriebs durchreiben- und ihre Enden zur Beschädigung der Seele führen, ist der das Geflecht 12 umschlie3ende Mantel 13, beispielsweise aus einem Chloropren-Kautschuk, aus zwei Schichten, nämlich 14 und 15, hergestellt, die wegen ihres gleichen Basismaterials und der Verschweißung miteinander in der Fig. nicht ausdrücklich als solche dargestellt, sondern nur durch die gestrichelte Trennlinie angedeutet sind. Wesentlich hierbei ist, daß die Schicht 14 das Geflecht 12 durchdrungen hat, die Einzeldrähte also in dem gleichzeitig als Schmiermittel wirkenden Kautschuk eingebettet sind. Um das zu erreichen, wird für diese Schicht ein Kautschuk mit niedrigerer Viskosität verwendet als für die außen liegende Schicht 15. So kann beispielsweise die Viskosität des Materials der inneren Schicht 50 bis 90 Pa.s und die der äußeren Schicht 140 bis 180 Pa.s betragen. Da zweckmälSig beide Schichten gleichzeitig extrudiert werden, kommt es schon während der Extrusion zu einem Verschmelzen der beiden Materialströme zu einem "einzige" Mantel. Ein anschließender Vernetzungsvorgang liefert die notwendige Materialfestigkeit und Flexibilität.
• Die Erfindung ist nicht auf elektrische Kabel oder Leitungen mit Kautschuk-(Gummi-)Mantel beschränkt. Auch Polyvinylchlorid oder beliebige Polymere einschließlich deren Copolymere sind entsprechend einsetzbar. Wesentlich ist, daß die Viskosität der ersten Mantelschicht eine Durchsetzung der Bewehrung ohne weiteres zuläßt und die zweite Mantelschicht mit der ersten verschmilzt oder verschweißt, damit Mantel und Bewehrung in gleicher Weise an der Kraftübertragung teilnehmen.

Claims (4)

2. Patentansprüche 1. Ein- oder mehradriges elektrisches Kabel oder Leitung, insbesondere in flexibler Ausführung zur Stromversorgung ortsveränderlicher Verraucher, mit einer über der Seele befindlichen Bewehrung aus einer oder mehreren konzentrischen Lagen aus Drähten oder Litzen oder einem Geflecht sowie einem darüber extruderten Mantel als äußere Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus im wesentlichen einheitlichem Material mehrschichtig aufgebaut ist, die Schichten miteinander verschmolzen sind und die der konzentrischen Bewehrung zugekehrte innerste Mantelschicnt die Freiräume der Bewehrung ausfüllt, 2. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 in flexibler Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus zwei miteinander verschmolzenen Schichten aus natürlichem oder synthetischem Gummi besteht und die Einzelelemente der konzentrischen Bewehrung in der der Bewehrung zugekehrten inneren Mantelschicht eingebettet sind.
3. 3. Verfahren der Herstellung eines Kabels oder einer Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Thermoplasten oder Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken in zwei Schichten aufgebracht wird und die Viskosität der Schmelze der der Bewehrung zugekehrten inneren Schicht etwa einem Drittel der Viskosität der Schmelze der äußeren Mantelschicht beträgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelschichten in einem Arbeitsgang in einen Extruder mit Doppelkopf aufgebracht werden.