DE2358058A1

DE2358058A1 - Torsionsstabiles, regelmaessig gewickeltes drahtseil

Info

Publication number: DE2358058A1
Application number: DE2358058A
Authority: DE
Inventors: Frederick Wiest Donecker; Wilbert Alvin Lucht
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1972-11-22
Filing date: 1973-11-21
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1452774A; AU6261773A; FR2208167A1; AU474299B2; JPS50143083A; CA972839A; FR2208167B1; US3772454A

Description

Torsionsstabiles, regelmäßig gewickeltes Drahtseil.

Die Erfindung betrifft ein torsionsstabiles, regelmäßig gewickeltes Drahtseil, wie es beispielsweise die US-PS 3 37^ 619 beschreibt, und befaßt sich mit der Verwendung eines solchen Drahtseils als elektrischen Leiter.

Bei vielen marinen Anwendungsfällen verwenden die Ozeanographen ein leitendes Kabel, das mit Hilfe von Winden in große Tiefen verlegt wird. Das herkömmliche Kabel besteht aus elektrischen Leitern im Kern, die von einer Isolierung umgeben sind und letztlich mit einer oder mehreren Lagen oder Wicklungen Stahldraht bedeckt sind. In der Drahtseiltechnik wird dies begrifflich mit Strangkonstruktion bezeichnet im Gegensatz zu einer Drahtseilkonstruktion. Eine

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Drahtseilkonstruktion besteht aus zwei oder mehreren Strängen, die miteinander verdrillt oder verseilt sind. Bei größeren Tiefen wird die Isolierung elektrischer Drähte aufgrund des Quetschens und Überwickelns auf der Trommel beschädigt.

Erfindungsgemäß wird daher ein torsionsstabiles, das heißt in Bezug auf die Drehkräfte im Gleichgewicht befindliches, regelmäßig gewickeltes oder gelegtes Drahtseil geschaffen, das durch Verdrillen oder Verseilen von drei bis sechs Strängen unter einem Lagenwinkel hergestellt wird, wobei jeder Strang durch Verdrillen oder Verseilen äußerer Stahldrähte um einen zentralen Kern unter einem Lagenwinkel erzeugt wird, der ein Vielfaches des Lagenwinkels der in dem Seil eingebauten Stränge ist, wobei ferner die Stahldrähte in dem Drahtseil durch ein Spannungsfreiglühen bei einer Temperatur zwischen 316 und 62i C positionsfixiert werden. Dieses Drahtseil kennzeichnet sich nun erfindungsgemäß dadurch, daß es einen Leiter aufweist, der aus einem Draht oder aus mehreren Drähten bestehenden Strang gefertigt ist, welcher aus einem elektrisch leitenden Nichteisenmaterial besteht, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, und der gegen die Stahldrähte isoliert ist und einen integralen Bestandteil der Seilkonstruktion bildet, wobei zusätzliches Isoliermaterial die Lage des Leiters in Bezug auf die benachbarten Stahldrähte im Seil aufrecht erhält.

Der elektrische Leiter kann der zentrale Kern des Drahtseiles sein oder der zentrale Kern eines Stranges oder auch in einem äußeren Tal zwischen den Strängen liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert_β In der Zeichnung zeigen:

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Figo 1 eine perspektivische Ansicht ©ines 3 x 18." adriges, regelmäßig gewickeltes Kabel der erfinduicigsgemäeen Art,

Figo 2 eine Stirnaesictot ©ines 6 χ 18-adriges, regelmäßig ge-■ - wickelt es Kabel, . ■ .' _ .

Figo 3 ein®. Stirmaasiclit ©ines" 3 s 1'9 -adriges,: regelmäßig "gewickeltes-öder .gelegt.es Kabel, das eine andere Ausführungsform, darstellt, .'..-'.".

Fig« h. eine der Fig» 2 entsprechende Stirnansicht einer weiteren anderen Ausführungsform, und . - .

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Stirnansicht noch einer anderen Ausführungsiorm des erfindungsgemäßen Kabels.

In Fig. 1 ist mit i ein Leiterkabel bezeichnet, das aus 3 Strängen besteht, von denen jeder einen isolierten Mittelkerndraht k aufweist, der von 9 Zwischendrähten 6 und 9 äußeren Drähten 8 umgeben ist. Jeder Mittelkerndraht % hat einen Kern, der aus einem Nichteisenmetall besteht, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, und dessen elektrische Leitfähigkeit größer als die von Stahl ist. Die Isolierung 10 umgibt den Mittelkerndraht *i und erstreckt sich in die Zwischenräume oder Zwikkel der umgebenden Drähte. Die Isolierung besteht aus einem Material, das eine gewisse Elastizität behält^ wenn das Kabel der Spannungsfrei - Glühtemperatur ausgesetzt wird. Nach dem Erhitzen muß die Isolierung eine dielektrische Festigkeit äufweisenj welche einer Gleichstromspannung von 30 Volt pro 25j4 Mikrometer Wanddicke fünf Minuten lang bei Raumtemperatur standhält« Außerdem sollte die Legierung einen guten Abriebwiderstand aufweisen und gegen natürliche Umwelteinflüsse, beispielsweise

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Salzwasser, beständig sein. Ein für diesen Zweck zufriedenstellendes Material ist strahlung.svernetztes Polyolifin. Dieses Material hat keinen Schmelzpunkt, ist jedoch sehr weich. Andere geeignete Materialien sind Tetrafluoräthylen, fluoriertes Äthylenpropylen, vernetztes Polyvinylidenfluorid und andere vernetzte Polyolefine. Bei der Herstellung des Strangs wird ein Kerndraht gewählt, dessen Durchmesser einschließlich der Isolation größer ist als der Hohlraum, der normalerweise von einem Stahldraht eingenommen wird. Die Drähte 6 und 8 werden dann rund um den Kerndraht 4 in der üblichen Weise gewickelt, wobei ein Teil der Isolierung in die Zwischenräume oder Zwickel des Strangs hineingedrückt wird. Die Stränge werden dann geformt, durch Walzen geradegerichtet und in einer Verseilmaschine verseilt oder verlltzt. Die Stränge werden teilweise vorgeformt, wie es in der eingangs genannten US-PS beschrieben wird. Das komplette Kabel wird bei einer Temperatur zwischen 316 und 62i C spannungsfrei geglüht, wie dies gleichfalls in der genannten Patentschrift dargestellt ist. Der Lagenwinkel der Stränge in dem Kabel ist größer als 7 Grad, die beim Gegenstand der genannten Patentschrift verwendet werden. Der Lagenwinkel der äußeren Drähte in jedem Strang beträgt wenigstens das 1 3/4-fache des Lagenwinkels der Stränge im Kabel. Die Wärmebehandlung geschieht sehr rasch dadurch, daß das Kabel kontinuierlich durch eine Induktionsspule gefördert wird, während es unter Spannung steht. Der Einfluß der Wärme, der Spannung und der Übergröße aufweisenden Isolierung bewirkt ein sternförmiges Bild in dem Leiter und verriegelt den Leiterdraht mit den Stahldrähten, Diese Konstruktion verleiht dem Leiterdraht eine Lebensdauer, die derjenigen der Stahldrähte entspricht. Die im folgenden angeführte Tabelle I zeigt die Ergebnisse eines an einem 5/i6 zolligen 3 χ 18 Kabel, das den in Fig. i dargestellten Aufbau hat,durchgeführten Versuohe.

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TABELLS. 1

5/l6 zolliges 3 χ 18 Kabel mit elektrischem Leiter·

Versuchs-=	Belastung	Seilrol	Anzahl	Anzahl der
Nummer	In % der Seil	lengröße	der Zyklen bis	zufrieden
	festigkeit	(cm)	zum Seilbruch	stellenden
				Zyklen;elek
				trische Über
				prüfung
i	20	6i	40000	32000
2	50	61	4094	4000
.5	30	25.4	2670	2500
4	50	25.4	1782	1500
5	50	25.4	677	625

Bemerkung: Die elektrischen Drähte behielten ihre Leitfähigkeit ohne Erdschluß bis zum Seilbruch oder Seilriß.

Nach einem halbstündigen Eintauchen in Salzwasser betrug der Isolationswiderstand bei 5000Volt Gleichstrom 350 000 Megaohm für 60 m«

Die unten angeführte Tabelle II zeigt die Ergebnisse, die durch einen Drehversuch an einem 5/16 zolligen 3 2 18 Monitor AA Kabel erhalten wurden, das gemäß der in Pig, I gezeigten Ausführung hergestellt worden ist· Die im Katalog verzeichnete Bruchfestigkeit dieses Kabels betrug 4208 kp·

TABELLE

II

5/16 zolliges 3 x 18 Monitor AA Kabel mit Raychem isolierten Leitern«

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Belastung (kp) Verdrehung pro 3 O cm

454 O

908 0

1362 ο

1816 0

2270 ο

2724 O

3178 ο

3632 ο

4086 0 4176 weniger als i'

Die folgende Tabelle III zeigt ähnliche Versuchsergebnisse für ein 5/8 zolliges 3 x 18 Monitor AA Kabel, das erfindungsgemäß hergestellt wurde und eine im Katalog verzeichnete Bruchfestigkeit von 16467 kp aufwies.

TABELLE III

5/8 zolliges 3 x 18 Monitor AA Kabel mit Raychem isolierten Leitern.

Belastung (kp) Verdrehung über 30 cm

454 2/3

908 i

2270 ι

4540 i

6810 i

9O8O i

II350 i

13620 i

Ein besonderes gemäß der Erfindung hergestelltes Kabel war ein 5/8 zolliges 3 x 18 adriges, rechtes, regelmäßig gewickeltes

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Kabel-, gefertigt aus Monitor AA Stahldrähten, wobei der Lagenwinkel der äußeren Drähte in jedem Strang 21.8 Grad und der Lagenwinkel der Stränge in dem Kabel 11.3 Grad betrug. Ein 3/8 zolliges 3 χ 18 rechtes, regelmäßig gewickeltes Kar bei, bestehend aus Draht des Monitor AA Strangs hatte dieselben Lagen wie das obige 5/8 zollige Kabel.

Das Seil oder Kabel von Fig. 2 weist einen aus Strängen bestehenden Kernkörper 11 auf, der von sechs Strängen 16 umgeben ist, von denen jeder einen isolierten Mittelkerndraht 14 besitzt, der von der Isolierung 15 umgeben ist, ferner neun Zwisohendrähte 16 und neun Außendrähte 18. Die Isolierung ist die gleiche wie bei der ersten Ausfiihrungsform, und die Stränge werden auch in derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt. Die Stränge werden durch Walzen geradegerichtet und in einer Verdrahtungs- oder Verseilmaschine zusammengedrilltj woraufhin das Kabel wie bei der ersten Aus— fUhrungsform spannungsfrei geglüht wird. Das Verhältnis zwischen dem Lagenwinkel des äußeren Drahtes in jedem Strang und dem Lagenwinkel der Stränge im Seil ist größer als das in dem dreisträngigen Seil von Fig. 1. Bei dem dargestellten sechsträngigen Seil ist der Lagenwinkel der Stränge in dem Seil größer als 7 Grad.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seils bzw. Kabels, bei der ein dreisträngiges Kabel in der gleichen Weise hergestellt ist, wie dies in der eingangs genannten US-Patentschrift beschrieben ist, und die Bezugsziffern der einzelnen Teile denjenigen von Fig. 1 entsprechen, jedoch mit einem Strich versehen worden sind«. Ein isolierter elektrischer Leiter 20 wird dann in ein äußeres Tal zwischen die Stränge gelegt. Die Mitte' besteht aus demselben! Material wie beim Leiter

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der ersten beiden Ausführungsformen, wobei jedoch jedes beliebige normal übliche Isoliermaterial 22 verwendet werden kann, da die Stahldrähte des Kabels vor dem Einbau der isolierten Leiter in die Täler spannungsfrei geglüht worden sind. Eine äußere üülIe 2h wird dann über die zusammengebauten Stränge und Leiter extrudiert. Der Schmelzpunkt der Isolierung sollte höher liegen als der Schmelzpunkt des Hüllenmaterials, um ein Schmelzen der Isolierung während des Extrusionsvorganges zu verhindern. Für die äußere Hülle läßt sich Polyäthylen verwenden, wobei dann die Leiterisolierung aus Polypropylen besteht. Die beiden Materialien sollten nicht miteinander verbunden werden, da beim Abwickeln des Kabels die Leiter gewöhnlich unter Zugspannung geraten und sich über ihre Elastizitätsgrenze hinaus strecken.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des hier beschriebenen Kabels, bei der ein aus Strängen bestehender Kernkörper 11, der dem Kernkörper il von Fig. 2 ähnlich ist, verwendet wird und keinen isolierten Leiterdraht aufweist. Einen oder mehrere isolierte Leiter 26 werden in jedem Tal angeordnet, und eine äußere Hülle 28 wird um die zusammengebauten Stränge und Leiter 26 extrudiert. Die isolierten Leiter 26 und die äußere Hülle 28 bestehen aus den gleichen Materialien wie der isolierte Leiter 22 und die äußere Hülle 24.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Merkmale der Ausführungsformen der Figuren i und 3 kombiniert. Mit anderen Worten, ein dreisträngiges Kabel wird in derselben Weise wie in Fig. i aufgebaut, wobei für die entsprechenden Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind. Ein oder mehrere isolierte elektrische Leiter 30 werden dann in jedes Tal des Kabels gelegt, und eine äußere Hülle 32 wird schließlich über

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die ganze Anordnung extrudiert, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der Fall ist. Diese Konstruktion läßt sieh auch bei jedem Kabelaufbau verwenden, bei dem Stränge benutzt werden, die einen isolierten Kernleiter besitzen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/ 1. JTorsionsstabiles, regelmäßig gewickeltes Drahtseil, das TTureh Verseilen von drei bis sechs Strängen unter einem La~ genwinke1 hergestellt ist und jeder Strang durch Verseilen äußerer Stahldrähte um einen Mittelkern unter einem Lagen— winkel erzeugt worden ist, der ein Vielfaches des Lagenwin— kels der Stränge in dem Seil beträgt, und wobei die Stahl— drähte in dem Seil durch ein Spannungsfreiglühen bei einer Temperatur zwischen 316 und 621⁰C in ihrer Lage fixiert worden sind, gekennzeichnet durch einen Leiter(4, 4¹^ 14) der aus einem Draht oder mehreren Drahtsträngen aus einem elektrisch leitenden Nichteisenmateria1, wie Kupfer oder Aluminium, besteht und gegen die Stahldrähte (6, 6¹» 16) isoliert ist und einen integralen Bestandteil der Seilkonstruktion bildet, wobei zusätzliches Isoliermaterial (10, 15) die Lage des Leiters (4, 4', 14) in Bezug auf die benachbarten ' Stahldrähte im Seil aufrecht-erhält,
2. Drahtseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelkern (4, 4¹, 14) jedes Stranges den Nichteisenleiter bildet, um den Stahldrähte (6, 6·) gedrillt sind.
3. Drahtseil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Isoliermaterial (10, 15) aus Material einer Übergröße aufweisenden äußeren Isolierschicht des Leiters besteht, das in die Zwischenräume der umgebenden Stahldrähte (6, 6') beim Verseilen eingepreßt worden ist, wobei die Isolierung ein Material ist, das die Plastizität der Spannungsfreiglühtem— , peratur beibehält.

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4. Drahtseil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umgebenden Drähte (6, 6^!) Drähte biIden, die zwischen den aus— seren Drähten (8, 8·, 18) und dem Leiter (4, 4', 14) liegen.
5. Drahtseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierte Leiter (20, 26, 30) in einem äußeren Tal zwischen
den Strängen angeordnet ist, und daß das zusätzliche Isoliermaterial, eine Plastikhülle (28, 32) "bildet, die die zusammengebauten Stränge und den Leiter umgibt und aus einem Material besteht, das mit den isolierten Leitern nicht verbunden ist.
6. Drahtseil nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagenwinkel der äußeren Drähte in jedem Strang wenigstens das 1 3/4-fache des LageaMiitikels der Stränge in dem Seil beträgt, und daß der Lagenwinkel der Strange in dem Seil größer als 7 Grad ist,
7. Drahtseil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet_} daß der Lagenwinkel der Stränge in dem Seil bei einem aus drei Strängen bestehenden Seil großer als 10 Grad ist.

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