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Biegsames Kabel.
Biegsame Kabel werden seit einigen Jahren für Spannungen von mehreren zehntausend Volt benutzt.
Eine wichtige Anwendung solcher Kabel liegt auf dem Gebiete der Röntgentechnik, wo sie für die elektrische Verbindung von Röntgenröhren mit dem die Hochspannung liefernden Gerät dienen.
Je höher die Spannung ist, für die die Kabel benutzt werden sollen, um so schwieriger wird es, die Forderung der Biegsamkeit zugleich mit der einer genügenden elektrischen Sicherheit zu befriedigen.
Aus der Starkstromtechnik war es bereits bekannt, Anschlussleitungen zur Vermeidung der Gefahr des Brechen der Leiter infolge mechanischer Beanspruchungen bewegbar und auswechselbar in einem isolierenden biegsamen Schlauch anzuordnen.
Durch die Erfindung wird eine Vergrösserung der Belastungsfähigkeit eines biegsamen Hochspannungskabels ermöglicht, ohne dass die Biegsamkeit im geringsten herabgesetzt wird. Es ist eine bekannte Tatsache, dass die Durchschlagsgefahr einer Kabelisolation dadurch vermindert werden kann, dass der Durchmesser des Stromleiters grösser gewählt wird, als dies allein mit Rücksicht auf die Stromdichte oder die mechanische Festigkeit notwendig wäre. Dadurch verringert sich nämlich die Feldstärke an der Oberfläche. Dies bedingt aber eine besondere Konstruktion der Leiter, da die Biegsamkeit erhalten werden muss.
Nichtsdestoweniger werden in der Praxis öfters Durchschläge bei Spannungen wahrgenommen, die die Kabel berechnungsgemäss aushalten könnten. Solche Durchschläge werden nun durch Verwirklichung der vorliegenden Erfindung vermieden, deren Wesen durch die folgende Auseinandersetzung über die vermutlich Ursache der erwähnten Durchschläge erläutert werden soll.
Bei Stromleitern grossen Durchmessers, die um der Biegsamkeit willen aus einer Anzahl von Drähten zusammengesetzt oder durch ein schraubenförmig gewundenes Band gebildet werden, weist die Oberfläche immer Unebenheiten auf. Ein vollkommenes Anliegen des Isolierstoffes an dieser Oberfläche beeinflusst die Biegsamkeit ungünstig. Liegt die Isolation nicht eng an der Oberfläche des Leiters an, so zeigt sich der Nachteil, dass zwischen dem Leiter und der Isolation Luftmengen eingeschlossen werden, die, elektrostatisch belastet, die Ursache einer Verletzung und eines Durchschlages der Isolation sein können.
Auch wenn der Isolierstoff sich der Oberfläche des Leiters anschliesst, bewirken die Unebenheiten dieser Oberfläche ungünstige Unterschiede in der Kraftliniendichte. Das Kabel nach der Erfindung besteht, wie gebräuchlich, in der Hauptsache aus einem isolierenden Körper aus geschmeidigem Material, wie Gummi, der mit einem oder mehreren Kanälen versehen ist, die einen Stromleiter enthalten. Die Kanäle haben gemäss der Erfindung eine glatte Wandung, auf ein vollkommenes Anliegen dieser Wandung an dem Leiter wird somit verzichtet ; die Wand ist jedoch mit einer gut haftenden leitenden Schicht versehen, die den besonderen, durch den Kanal hindurchgeführten Stromleiter mit Spielraum umgibt.
Bei diesem Kabel bleiben daher die Lufteinschlüsse zwischen dem Stromleiter und der Isolierung unbelastet, und dieser Tatsache ist wohl die grössere Belastungsfähigkeit zu verdanken.
Als Stromleiter kann ein Rohr dienen, das einen geringeren Widerstand gegen Biegung, jedoch einen grossen Widerstand gegen Änderung der Form seines Querschnittes besitzt, oder es können ein oder mehrere Stromleiter von einem solchen Rohr umschlossen sein. Ein biegsamer Metallschlauch eignet sich besonders zu diesem Zwecke. Es wird hiedurch vermieden, dass bei starker Biegung des Kabels die Form des Kanals sich ändert und an der leitenden Schicht stark gekrümmte Stellen auftreten, an denen sich das elektrische Feld zusammendrängt.
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und diese mit einer gut anliegenden leitenden Schicht überzogen wird. Die Stärke der Isolierschicht kann dann unter Beibehaltung der Belastungsfähigkeit verkleinert werden, was wieder die Biegsamkeit befördert.
Die leitende Schicht braucht die Biegsamkeit nicht im geringsten Masse zu beeinträchtigen. Sie wird vorzugsweise durch einen fein verteilten Stoff, z. B. eine Graphitsuspension, gebildet. Ein geeignetes Mittel ist das unter dem Namen Aquadag"erhältliche Graphitprodukt.
Eine gut geschlossene und gleichmässige Oberfläche wird durch das Anbringen der leitenden Schicht auf ein gut anliegendes Textilgewebe, wie Leinwand, erzielt. Die dünne Schicht braucht nicht an der Stromleitung teilzunehmen, sondern dient lediglich zur Bildung einer Oberfläche gleichen Potentials um den Leiter herum. Sie ist an mehreren Stellen mit dem Stromleiter in Berührung, so dass in ihr und zwischen ihr und dem Stromleiter keine grossen Spannungsunterschiede auftreten, wodurch ihre gute Beschaffenheit aufrechterhalten und die eingeschlossene Luft unbelastet bleibt. Beim Biegen des Kabels wird sie vom Leiter gegen die Wandung des Kanals gedrückt, was ein gutes Anliegen sichert.
Bei Benutzung eines biegsamen Metallschlauches als Stromleiter ist vorzugsweise das Aussenprofil des Metallbandes gewölbt, damit die leitende Schicht durch die gegen sie reibenden Windungen des Schlauches nicht abgekratzt, sondern vielmehr glattpoliert wird.
Ein Ausführungsbeispiel eines Kabels nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 ein Stück eines Kabels und Fig. 2 das Innere in vergrössertem Massstabe.
Das Gummirohr 1 bildet die Kabelisolation. Das Kabel besitzt hier einen Einzelkern ; die Erfindung ist aber auch bei Mehrleiterkabeln wie z. B. Dreiphasenkabeln anwendbar. Der Kern besteht aus einem biegsamen Metallschlaueh . Solehe Schläuche werden öfters als Schutzhülle für Gummisehläuche oder für elektrische Leiter benutzt. Sie bestehen meistens aus einem schraubenförmig gewundenen
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Die Ränder der aufeinanderfolgenden Windungen greifen umeinander herum. Ein soleher Schlauch hat eine stark veränderliche Länge, da sieh die Windungen leicht ineinanderschieben lassen, ist somit sehr biegsam. Wird er aus einer steifen Metallegierung hergestellt, so ist der Widerstand gegen Änderung des
Querschnittes sehr gross.
Ein Teil dieses Leiters ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt. Die Fig. zeigt eine Anzahl aufeinanderfolender Windungen. 3, die ineinandergreifen. Die S-förmig gebogene Form des Bandes, aus dem der Schlauch 2 gewunden ist, bildet eine schraubenförmig hemmlaufende Rille. Diese könnte man mit dem Isoliermaterial ausfüllen, was jedoch das Biegen erheblich erschweren würde. Lässt man aber die Rille offen, so entsteht ein luftgefüllte Kanal 4 zwischen der Innenwandung des Rohres 1 und dem Metallsehlaueh. Wird die eingeschlossene Luft stark elektrostatisch belastet, so entsteht die Gefahr, dass das Isolationsmaterial angegriffen und zersetzt wird, was in kürzerer oder längerer Zeit einen Durchschlag herbeiführen kann.
Dies würde noch durch die Feldverdichtung an den hakenförmig umgelegten Rändern des Metallbandes erleichtert werden.
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, dass die Wand des Kanals im Rohre 1 mit einem Belag aus leitendem Stoff versehen ist, der an genügend vielen Punkten mit den Stromleitern in Berührung ist.
Die Leitfähigkeit braucht nicht gross zu sein ; sie muss nur hinreichen, um eine Fläche ungefähr gleichen Potentials zu bilden. Diese leitende Schicht, die z. B. aus aufgestautem Metallpuder bestehen oder. wie erwähnt, mittels des sogenannten Aquadag"gebildet werden kann, ist auf einem feinen Textilgewebe 5 angebracht. Ausserdem ist auch an der Aussenseite des Gummirohres 1 eine solche leitende Schicht vorgesehen, für die eine Leinwandbekleidung 6 als Träger dient. Diese Schicht wird ihrerseits von einem Metalldrahtgeflecht umgeben.
0 Es kann nun ein grosser Spannungsuntersehied zwischen dem Leiter 2 und dem Geflecht 8 angelegt werden, welch letzteres beim Betriebe zweckmässig geerdet wird. Die Metalldrähtchen des Geflechtes stehen an mehreren über die ganze Oberfläche verteilten Punkten mit der Schicht auf dem Träger 6 in Berührung, so dass zwischen den konzentrischen Oberflächen der beiden leitenden Schichten ein homogenes Feld in einem gänzlich von isolierender Masse ausgefüllten Raum herrscht.
Das Metallgeflecht kann ferner mit einer Bekleidung aus Baumwolle oder einem ändern Faserstoff oder etwa aus Gummi umgeben werden, die die Hantierung angenehmer macht und chemischen Angriffen des Metalles entgegenwirkt. Durch den Hohlleiter 2 hindurch kann gewünsehtenfalls für die Zuführung eines Kühlmittels ein Gummischlauch geführt werden oder es können ein oder mehrere elek- trische Leiter darin eingeschlossen sein. Im letzteren Falle kann der Hohlleiter selbst auch stromlos gehalten werden.
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