DE961903C - Biegsames isoliertes elektrisches Kabel - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 11. APRIL 1957

G 14224 VIIId/21 c

Die Erfindung bezieht sich auf isolierte elektrische .Leiter und betrifft insbesondere einzelne Leiter für Anwendungen, bei denen eine Biegsamkeit von Bedeutung ist und das Kabel rauhen Bedingungen, hoher Temperatur und der Einwirkung von ölen zu widerstehen hat. Diese Eigenschaften sind von besonderer Bedeutung bei Kabeln, die z. B. in den Schaltanlagen von dieselelektrischen Lokomotiven verwendet werden.

Bisher haben sich die für obige Anwendungen benutzten Leiter aus verschiedenen Gründen als nicht völlig befriedigend gezeigt. Eine Quelle von Störungen, die sich bei Leitungen mit einem äußeren umflochtenen Überzug ergeben hat, resultiert aus dem Brechen der Umflechtung und Isolierung, wenn diese Leitungen abmontiert werden, um andere Einrichtungen zu reparieren. Wahrscheinlich war dies zum Teil auf ein Brüchigwerden zurückzuführen, das seine Ursache in einem zu starken Lackieren der Kabelumflechtmig hatte. Eine weitere Störungsquelle ist auf das Eindringen von Flüssigkeiten, wie Wasser und öl, in irgendeiner Weise durch die Umhüllung in das Kabelinnere zurückzuführen.

Man hat bereits versucht, diese Nachteile dadurch zu überwinden, daß man einen Draht mit mehreren Schichten aus Kautschuklatex bzw. aus ' Gemischen von Kautschuklatex und Neopren überzogen hat. Hierbei mußten die einzelnen Schichten aufgetragen und getrocknet werden. Insgesamt waren hierbei etwa zehn bis fünfzehn getrennte Tauch- und Trockenstufen notwendig, weshalb dieses Verfahren keine allgemeine Anwendung gefunden hat.

Bekannt ist auch das Aufbringen einer thermoplastischen Kunstharzschicht auf einen Draht, auf die eine Schicht aus faserigem Material aufgewickelt wird, die dann mit einer Kunstharzlösung imprägniert und mit der unteren Schicht fest verbunden wird. Die mechanische Stabilität und die Beständigkeit gegen Lösungsmittel entspricht jedoch nicht den Bedingungen, wie sie z. B. in Elektromotoren und Schaltanlagen auftreten. Die Erfindung betrifft ein biegsames isoliertes elektrisches Kabel, bei dem die Isolierung eine innere Schicht aus synthetischem Kautschuk, insbesondere Butylkautschuk, und eine äußere Schicht aus Neopren aufweist.

Nach der Erfindung ist der synthetische Kautschuk als Überzug auf der äußeren Seite einer Papierschicht vorgesehen, welche direkt auf dem Kabelkern angeordnet ist und der Neoprenkautschuk ist auf der Außenseite eines Trägermaterials vorgesehen, das direkt über die mit Kautschuk überzogene Papierschicht gewickelt ist.

Der die innere Isolierschicht bildende Butylkautschuk kann insbesondere ein Mischpolymerprodukt sein, das durch Mischpolymerisieren von Isobutylen und einer die Vulkanisierung ermöglichenden genügend großen Menge Isopren bzw. Butadien, z. B. etwa 98 Teile Isobutylen und 2 Teile Isopren, erhalten wurde. Das für den synthetischen Kautschuk als Stützmaterial dienende Papier, das mit seiner einen Seite an dem Leiter anliegt, kann aber auch mit anderen, dem Butylkautschuk ähnlichen synthetischen Kautschiukarten überzogen sein. Vorteilhaft besitzt auch das zweite Band, das aus einem stützenden und verstärkenden Material, vorzugsweise aus einem Stoff, besteht, auf seiner inneren Seite einen Butylkautschuküberzug und auf der anderen Seite einen Neoprenüberzug, wobei dieses Material ein Polymer von 2-Chlorbutadien oder Chloropren sein kann. Die Butylkautschukoberfläche steht hierbei in direkter Berührung mit der Butylkautschukoberfiäche des ersten Isolierbandes. Über das zweite Band kann dann noch eine Mehrzahl von Schichten aus unvulkanisiertem, nicht abgestütztem, d. h. ohne Papier- oder Gewebeversteifung bestehendem Neoprenband aufgebracht sein. Nach dem Aufwickeln der Isolierbänder werden dann die B ander schichten durch eine Vulkanisierbehandlung in einen einheitlichen, den Leiter umgebenden Isolierkörper übergeführt. Das neue biegsame elektrische Kabel eignet sich für rauhen Gebrauch und starke Abnutzung und widersteht in hohem Maße schädlichen Einflüssen, wie hohe Umgebungstemperatur, Säuren, Alkalien, Sonnenbestrahlung, Wasser, Feuer und öl. Die Herstellung des Kabels ist einfach und ohne große 65 Kosten vorzunehmen. Da das neue Kabel trotz guter elektrischer Isoliereigenschaften einen geringeren Gesamtdurchmesser als die entsprechenden Kabel aufweist, die zur Zeit erhältlich sind, kommt es den Bedürfnissen bei dem Montieren von 70 elektrischen Anlagen in begrenzten Zwischen- ' räumen, z. B. in einer elektrischen Lokomotive, entgegen. , ><;

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- '■ matischer Zeichnungen an einem Ausführungsbei- 75■■; spiel näher erläutert. i

Fig. ι stellt eine teilweise geschnittene Aufsicht ·> auf ein unvollständig isoliertes Kabel dar, das ge- "\ maß der Erfindung hergestellt, aber noch nicht vul- ^! kanisiert wurde; Teile der Isolierung wurden weg- 80 geschnitten, um den Aufbau zu zeigen; ·

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ansicht des ='■ gleichen Kabelstückes, nachdem es vulkanisiert :; wurde; ' ■ 1

Fig. 3 und 4 stellen stark vergrößerte, geschnit- 85 ^h·! tene Ansichten des ersten bzw. zweiten kombinier- ; ten Isolierbandes dar, und 1

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das voll- ι; ständige Kabel der Fig. 2.

In Fig. ι bedeutet das Element 1 ein einziges 90; verseiltes biegsames Kabel, das aus einer Anzahl einzelner Litzen besteht. Das Papierband 2 hat einen Butylkautschuküberzug 3 (vgl. auch vergrößerte Ansicht im Schnitt in der Fig. 3). Ein ; Stoffband 5 weist einen Butylkautschuküberzug 4 95; auf der einen Seite und einen Neoprenüberzug 7 auf seiner anderen Seite auf (vgl. vergrößerte Ansicht in Fig. 4). Mit dem Bezugszeichen 6 sind die ; verschiedenen zum Schluß aufgetragenen unvulkanisierten Neoprenbänder gekennzeichnet, von 100 denen in der vorliegenden Figur vier gezeigt werden, obwohl man auch weniger oder mehr Neoprenbandschichten auftragen kann.

Die Fig. 2 und 5 zeigen Längs- bzw. Querschnitte durch das fertige Kabel, wie es nach dem 105' Vulkanisieren des umwickelten Leiters erhalten wurde. Wie gezeigt, sind die beiden sich berührenden Butylkautschukoberfiächen der Fig. 1 zu einer einzigen Schicht zusammengeschmolzen, nämlich zu der praktisch homogenen Butylkautschuk- 1 schicht 3_α. Die Neoprenoberfläche des Gewebebandes S der Fig. 1 hat sich mit den vier an- ■' "ff schließend aufgetragenen, sich berührenden Neo- :||äi prenbändern 6 der Fig. 1 zu einer einzigen prak- ""^g tisch homogenen Neoprenschicht 6₀ ,vereinigt. ^ia$^c$$

Zur Herstellung des beschriebenen Kabels wird ■■*$■ ein biegsamer elektrischer Leiter verwendet, z. B. ;|| ein biegsamer Kupferleiter. Er kann aus einer ^: |

Mehrzahl von Litzenelementen bestehen, die mit- * \

einander verseilt sind. Darüber wird nun in einer laö ;} Richtung ein vorgefertigtes erstes Band gewickelt, <'φ. das eine Papierschicht aufweist, die auf der einen S Seite mit unvulkanisiertem synthetischem Kau- 'i*' tschuk, z.B. Butylkautschuk, überzogen ist, und .-¹^

zwar in der Weise, daß die P apier oberfläche des ias I*

Bandes gegen die Oberfläche des Leiters zu liegen

kommt. Vorzugsweise wird das Band mit einer geschlossenen Stoßfuge gewickelt. Man kann z.B. ein 1,9 mm breites Manilapapierband mit einer Dicke vori etwa 0,13 mm verwenden, das auf der einen Seite mit unvulkanisiertem Butylkautschuk in einer Stärke von 0,5 mm überzogen ist. Die Papieroberfläche dieses ersten Isolierbandes hat zwei wichtige Aufgaben. Es soll in erster Linie als physikalischer Träger für den im Querschnitt

dünnen und im unvulkanisierten Zustand schwachen Butylkautschuk dienen und soil zweitens ein billiges, leicht abstreifbares,, auf dem Leiter aufliegendes Trennmittel darstellen, damit ein Verspleißen, Herstellen neuer Verbindungen usw. leicht möglich ist.

Direkt über das zuerst beschriebene Band wird vorzugsweise in der gleichen Richtung ein zweites vorgefertigtes Band gewunden, das eine Stoffschicht aufweist, welche auf der einen Oberfläche mit unvulkanisiertem Butylkautschuk in gewünschter Dicke überzogen ist' und auf der anderen Seite einen dünnen Überzug aus unvulkanisiertem Neopren trägt. Die unvulkanisierte Butylkautschuk oberfläche ist hierbei in direkter Berührung mit der unvulkanisierten Butylkautschukoberfläche des ersten Isolierbandes aufgewickelt. Dieses zweite Band wird ebenfalls, vorzugsweise mit einer geschlossenen Stoßfuge, aufgewickelt. Die Fugen sind hierbei so angeordnet, daß sie in die Mitte zwisehen die Fugen' des darunterliegenden ersten Bandes zu liegen kommen. Das zweite Band kann beispielsweise ein Stoffband aus Baumwolle mit 1,9 mm Breite und einer Dicke von etwa 0,25 mm enthalten und auf der einen Seite mit einer 0,5 mm dicken unvulkanisierten Butylkautschukschicht und auf der anderen Seite mit unvulkanisiertem Neopren überzogen sein. Der Neoprenüberzug auf diesem zweiten Band ist relativ dünn und stellt einen Überzug dar, der dem Fachmann als Rei-

40. bungsüberzug bekannt ist.

Dieses zweite vorgefertigte Isolierband dient drei verschiedenen Zwecken. Erstens bildet der Stoff beim Aufwickeln auf das Kabel einen physikalischen Träger für den dünnen, weichen Überzug aus unvulkanisiertem Butylkautschuk. Zweitens wirkt der Stoff als Verstärkungsmittel für das endgültige Kabel, und drittens dient der Stoff nach der Vulkanisation als Bindungsmittel-zwischen der Butylkautschukisolierung und der Neoprenumhüllung, so daß diese sich nicht voneinander trennen. Wenn weiterhin öl, das immer in dieselelektrischen Lokomotiven vorhanden ist, mit dem Kabelleiter an dessen Enden in Berührung kommen sollte, so wird diese Stoffverstärkung helfen, das Quellen des Butylkautschuks zu verhindern.

Über das erste und zweite Isolierband wird dann eine Mehrzahl von Schichten aus unverstärkten, unvulkanisierten Neoprenbändern gewunden, die die äußere Kabelumhüllung bilden sollen. Diese Bänder können z. B. 3,8 cm breit und 0,4 mm dick sein und können mit ineinanderhakenden geschlossenen Stoßfugen aufgewickelt werden. Es können hierbei einige Schichten in einer Richtung und andere in entgegengesetzter Richtung aufgewickelt sein. So kann man z. B. im Falle von vier Bänderschichten die ersten beiden Bänder in einer Richtung und die letzten beiden in der entgegengesetzten Richtung aufwickeln. Insbesondere können im Falle von vier Neoprenbandschichten die ersten zwei Schichten in einer gegenüber den Windungen des ersten Bandes, d. h. des direkt auf dem Leiter liegenden Bandes, entgegengesetzten Richtung aufgewickelt sein. Die letzten beiden Schichten können in der entgegengesetzten Richtung, nämlich in der gleichen Richtung wie. das dem Leiter am nachsten liegende Band, aufgewickelt werden. Jede dieser einander folgenden Bandschichten wird vorzugsweise so aufgewickelt, daß ihre Stoßfuge in der Mitte zwischen den Fugen des darunterliegenden Bandes zu liegen kommt. Vorzugsweise werden die Neoprenbänder unter einer beträchtlichen Zugspannung aufgewickelt. Im Falle von Neoprenbändern mit einer ursprünglichen Dicke von 0,4 mm kann z. B. ein Zug ausreichend sein, der die Dicke des Bandes auf 0,3 mm vermindert.

Nachdem die verschiedenen Bänder aufgetragen worden sind, wird der gesamte Überzug in irgendeiner geeigneten Weise vulkanisiert, z. B. kann das Kabel in an sich bekannter Weise in einer Führungsscheide vulkanisiert werden, die anschließend wieder entfernt wird.

Die Betrachtung eines nach der Vulkanisierung erhaltenen Kabelquerschnitts, wie er in den Fig. 2 und 5 gezeigt ist, läßt die bedeutenden Vorteile der Erfindung klar erkennen. Wie gezeigt, weist das vollständige Kabel über dem elektrischen Leiter eine Papierschicht auf, gefolgt von einer einheitlichen, praktisch homogenen Schicht aus Butylkautschuk, dann einer Schicht aus einem Stoff und schließlich eine einheitliche, praktisch homogene äußere Umhüllung aus Neopren. Da die beiden Butylkautschukoberflächen der ersten beiden Iso lierbänder so angeordnet wurden, daß sie in direkter Berührung miteinander stehen, bewirkt das Vulkanisieren, daß die zwei sich berührenden Butylkautschukoberflächen sich vereinigen bzw. miteinander verschmelzen, um eine einzige einheitliche Butylkautschukschicht zu bilden. Diese einheitliche Butylkautschukschicht besitzt ausgezeichnete elektrische Isoliereigenschaften. Sie kann wegen der darunterliegenden Papierschicht, die nicht mit dem Leiter verbunden ist, leicht abgestreift und von dem Leiter entfernt werden. In gleicher Weise wird die Neoprenoberfläche des Stoffbandes beim Vulkanisieren mit den äußeren unverstärkten Neoprenbandschichten verbunden bzw. miteinander verschmolzen, die sich dabei ihrerseits auch miteinander vereinigen bzw. verschmelzen, so daß tatsächlich eine einzige Neoprenschicht entsteht, die von der darunterliegenden Butylkautschukisolierung durch die Stoffschicht getrennt ist, aber trotzdem durch den gleichen Stoff auch sicher mit dem Butylkautschuk verbunden ist.

An dieser Stelle mag erwähnt werden, daß der. Butylkautschuk in unvulkanisiertem Zustand ein

sehr weiches Material darstellt, das sich dann bei der Vulkanisierung sehr fest mit den Fasern der Stoffschicht verbindet, obwohl der Butylkautschuk auf den Stoff nur durch einfache Kalaiiderbehandlung aufgetragen wurde. Neopren andererseits bindet nicht so leicht. Wenn es jedoch; wie beschrieben, als dünner Überzug auf das Gewebe durch Reibung kalandert wurde, so haftet es doch recht fest. In dem fertigen Kabel sind daher sowohl ίο Butylkautschuk als auchNeoprenkautschuk mit den Fasern des Stoff Überzuges fest verbunden.

Weitere Vorzüge des beschriebenen Verfahrens beruhen auf der Tatsache, daß es die unerwünschten Eigenschaften sowohl des Butylkf.utschuks als auch des Neoprenkautschuks überwindet, die bei diesen beiden Produkten vorhanden sind, wenn diese allein für diesen gleichen Zweck verwendet werden. Gleichzeitig werden aber die erwünschten Eigenschaften beider Substanzen wirkungsvoll ausgenutzt, so daß ein Kabel erhalten wird, welches eine Summe von Vorteilen aufweist, wie sie bisher noch nicht erhalten werden konnten.

Wenn Butylkautschuk und ebenso· andere ähnliche synthetische Kautschukarten richtig hergestellt und vulkanisiert werden, haben sie sehr gute elektrische und physikalische Eigenschaften und zeichnen sich durch eine Fähigkeit aus, auch relativ hohen Arbeitstemperaturen ohne wesentlichen Verlust dieser Eigenschaften zu widerstehen. Die Berührung mit öl jedoch verursacht eine ernstliche Erweichung und Quellung des Butylkautschuks, und vor dem Vulkanisieren sind die physikalischen Eigenschaften des Butylkautschuks sehr schlecht.

Neopren andererseits ist gegen Hitze, Feuer und öl recht widerstandsfähig und bietet wirtschaftliche Vorteile. Jedoch weist Neopren sehr geringe isolierende Eigenschaften auf, insbesondere, wenn es in Gleichstromspulen verwendet wird. Es hat eine geringe Isolierwiderstandsfähigkeit und ist außerdem elektroendosmotischen Wirkungen unterworfen. Die kombinierten Eigenschaften der Butylkautschukisolierung auf dem Leiter und die darüberliegende Neoprenumhüllung, wie beschrieben, die beide verstärkt und miteinander verbunden sind, liefern ein - ausgezeichnetes Kabel.

Es soll auch noch erwähnt werden, daß in dem beschriebenen Verfahren zum Aufbau der Isolierung aus einzelnen Bändern ein bedeutender Vorteil liegt, da es die Herstellung eines Kabels mit geringem Gesamtdurchmesser · ermöglicht, das eine dünne ringförmige Isolierung und Umhüllung aufweist und bei einer festen Bindung zwischen der inneren Isolierung und der äußeren Umhüllung auch eine verbesserte Festigkeit und Biegsamkeit besitzt. Es wird verständlich sein, daß diese Vorteile zum Teil auch durch Auspressen der Neoprenumhüllung im Strang über der Überzugsschicht aus Neopren auf dem Stoffband an Stelle des Umwindens von nicht abgestützten Neoprenbändern erhalten werden kann. Str anggepreßte Umhüllungen können jedoch nicht genau konzentrisch, bezogen auf den Leiter, aufgetragen werden, so daß eine größere Umhüllungsdicke nötig ist, wodurch nicht nur die Kosten erhöht werden, sondern auch der Gesamtdurchmesser des Kabels unerwünscht vergrößert wird.

Obwohl das Ausführungsbeispiel in erster Linie unter Bezugnahme auf Butylkautschuk und Neopren beschrieben ist, können auch andere geeignete Stoffe verwendet werden, wenn man diese auch weniger gern verwenden wird. Anstatt des für das erste Band vorgesehenen Manilapapiers, kann auch ein anderes Papier, wie z. B. Kreppapier, Kraftpapier usw., verwendet werden. In ähnlicher Weise kann irgendeiner der geeigneten Stoffe als tragendes Mittel für die Kombination von Butylkautschuk-Neoprenkautschuk-Band verwendet werden, z. B. Garne oder andere gewebte oder urfgewebte Stoffe aus Baumwolle, Seide, Glas od. dgl.

Claims (5)

80 Patentansprüche:

1. Biegsames isoliertes elektrisches Kabel, bei dem die Isolierung eine innere Schicht aus synthetischem Kautschuk, insbesondere Butylkautschuk, und eine äußere Schicht aus Neopren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Kautschuk als Überzug auf der Außenseite einer Papierschicht vorgesehen ist, die direkt auf dem Kabelkern angeordnet ist g₀ und der Neoprenkautschuk auf der Außenseite eines Trägermaterials, vorzugsweise eines Stoffes, vorgesehen ist, das direkt über die mit Kautschuk überzogene Papierschicht gewickelt ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial auf seiner Innenseite mit synthetischem Kautschuk überzogen ist.

3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Kautschuküberzug auf der Außenseite der Papierschicht und der synthetische Kautschuküberzug auf der Innenseite des Trägermaterials miteinander unter Bildung einer einzigen Schicht aus synthetischem Kautschuk verschmolzen sind.

4. Kabel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet', daß eine Mehrzahl von Neoprenbändern ohne Trägermaterial direkt auf der Neoprenschicht des Trägermaterials vorgesehen ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den synthetischen Kautschuk und das Neopren in unvulkanisiertem Zustand auf ihre Trägermaterialien aufbringt und erst nach dem Aufbringen auf das Kabel vulkanisiert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 565 319, 478 106, S64245;
USA.-Patentschrift Nr. 2 349 413.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

© ffl» 658/334. 10.56 (609 855 4. 57)