DE2018404B2

DE2018404B2 - Tieftemperaturkabel

Info

Publication number: DE2018404B2
Application number: DE19702018404
Authority: DE
Inventors: Theodor A Dr Ing 6200 Wiesbaden Bochenek Eduard Dipl Ing 6000 Frankfurt Buchhold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Priority date: 1970-04-17
Filing date: 1970-04-17
Publication date: 1971-12-09
Also published as: FR2086131B1; US3668297A; FR2086131A1; DE2018404A1; GB1339517A

Description

Die Erlindung betrifft ein Tiefieniperaturkabel mit einem rohrförmigen Leiter, tier aus gewendelten, mit Abstand voneinander angeordneten Teilleitern besteht, wiihei die Teilleiter von einer Isolierung umhüllt sind, die aus gewendelten Bändern besteht.

Es ist bereits ein elektrisches Kabel bekannt, welches aus mindestens zwei konzentrischen Mänteln aus leitendem Metall und aus einer gewickelten Isolierung besteht, wobei der Leiter im wesentlichen in form mindestens einer Schraube angeordnet ist, an welcher eine Isolierhülle anliegt, wobei das Verhältnis der Ausdehnung*- oder Schrumpfungskoeffizienten des Leiters und des Isoliermaterials so gewählt ist, daß die Isolierhülle bei einer Temperaturänderung auf diese Schraube einen Druck ausübt und dadurch »5 eine Verlängerung oder Verkürzung bewirkt, welchedie Wirkung der Tempeiaturänderung kompensiert. Der Leiter besteht aus schraubenförmig und mit Abstand voneinander angeordneten Teilleitern, so daß bei einer Temperaturänderung die Kabellänge infolge einer gleichzeitigen Änderung des Schlagwinkels und des Durchmessers der Schraubenwindungen konstant bleiben soll (deutsche Offenlegungsschrift 1 814036).

Beim bekannten Kabel drückt die Isolierung auf den Leiter, und damit drücken auch die Isolierlagen aufeinander, wodurch sich eine erhöhte Reibung ergibt. Bei /u großer Reibu"2 verhalten sich der Leiter und die Isolierung wie massive Körper, und es entstehen große Kraft': in den Körpern und a.i den > erankerungen.

Der F.rliiidung liegt die Aufgabe zugrunde, alle Reibung bei einer Kontraktion kleii, zu halten, wie beispielsweise die zwischen Leiter und Isolierung und zwischen den lsolicrlagen der Bänder.

Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß Leiter und Isolierung in Abständen verankert sind, daß im Innern des Leiters Stützelementc angeordnet sind und daß die radiale Kontraktion der Stützelemente gleich oder größer und die radiale Kontraktion der Wandisolierung gleich oder kleiner als die radiale Kontraktion des Leiters ist und daß die .Schlaglänge der Handisolierung kleiner als die der Teillciter ist.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den UiHeiansprüehen zu entnehmen.

Die Lrfindung wird nachstehend an Hand eines in -15 der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfülmingsbeispicles näher erläutert. Ls zeigt

I i g. I das Kabel mit seiner abschnittweisen Verankerung.

I- i g. 2 eine Schnittansichl der Teilleiter.

F i g. i die Mittellinie eines der gewendcllen Tcilleiter. falls auf einer Schlaglänge der Zylinder längs aufgeschnitten und in der Lbenc ausgebreitet is(.

F i g. 4 einen Ausschnitt des Leiters mit Stül/-elementen.

F i g. 5 Halteclcmente für die Stützelemente,

F i g. 6 weitere mögliche Stützelemente,

F i g. 7 einen Ausschnitt des Leiters mit aiifgebrach'cr Isolierung und Wellrohren,

F i g. 8 eine Zwischenverankerung des Kabels.

Wie in der F i g. 1 dargestellt, erfolgt die Verankerung des Kabels I mittels Kabelmuffen 2 beispielsweise alle 200 m. Die Muffen 2 sind mit dem Erdboden der Umgebung verankert.

Der Leiter besteht nach F i g. 2 in bekannter Weise tiiis einer Anzahl von Teilleitern 3, welche voneinander eil'.™ Abstand α haben. Die Teilleiter sind schraubenform'rt Bewickelt. Bei einer Kontraktion verhalten sich ..„>„

die gewendeltenyTeilleiier wie Spiralfedern, die an ihren Verankerungen (Endversehlüsse) festgehalten sind. Die auftretenden Kräfte werden klein sein, falls die Schlagiänge nicht zu groß und die Einzelleiter nicht zu dick sind.

Es hestehi nun die Forderung, daß die Teilleiter bei ihrer Kontraktion nicht durch Reibung ülv.-rmäßig gehindert werden. Die Verhältnisse werden nachstehend an I land der F i g. 3 näher erläutert.

Der Umfang des Leiterzylinders ist μ ----- 2nrj.. Falls die Länge / sich um I/ -■ \J verkürzt, wird aus / die kleinere Länge /'. und der Umfang u wird ii und ist um Au verkleinert.

Folgende Beziehung läßt sich ableiten:

Im	*Ar₁.*	(ι - ^s'\	Λ,(.	Λ
il	*II.*	*i \ a-1*	\	U
		Al
		*^x''' ι*

An.

s-

1. n. ^r

ΙΓ

Die Gleichung 1 zeigt, daß sich der Radius;·/, um den Betrag

\ j. r j.

u-

stärker verkleinert als \j. //„ welches der Kontraktion eines zylindrischen Leiters ohne gewcndelte Teilleiter entspricht. Dies ist auch der Grund, daß die Teilleiter mit Abstand voneinander angeordnet sein müssen. Ferner ist ersichtlich, daß sich bei der Kontraktion der Schlagwinkel ;■ um F/ verkleinert.

Wie aus der F ι g. 4 ersichtlich, sind die Teilleiter 3 beispielsweise auf Ringe 4 abgestützt. Da die Teilleiter 3 sich bei der Kontraktion gegen die Ringe 4 um Iv verdrehen, entsteht Reibung, die klein gehalten werden muß. Die Aufpreßkraft zwischen Teilleitern und Ringen soll dabei so klein wie möglich sein. Entsprechend sind die Ringe 4 derart ausgebildet, daß deren Kontraktion

mindestens gleich oder besser etwas größer als die Kontraktion

ir
der Teilleiter ist. also falls n. - ;■/,·

Mi ά M 1 ^S'² I Gl. 2

ir '

Das bedeutet, daß der Kontraktionskoeffizient λ« der Ringe 4 größer als der Kontraktionskoeffizient -w, des Leitermaterials sein muß. Isolierstoffe haben einen KontraktionFkoeffizicnten bis zu 3ⁿ,₀. und für die Ringe 4 ist ein Isolierstoff gewählt, welcher

Arn ä An,

erfüllt. Am ist aus Reibungsgründen zweckmäßig etwas größer als An..

Um vor der Montage die Ringe 4 bereits im richtigen Abstand (zwischen 5 und 10 cm) voneinander zu haben, können diese nach F i g. 5 durch Drähte 5

!miteinander verbunden werden. Λπι lnneniimfang löniK'u drei oder \ icr solcher Drähte verteilt sein Pie fringe haben in diesem hall Schlitze 6, in welche sich die Drahte hineinlegen können. Die Ringe haben eine fülle 7, um den Draht 5 aufzunehmen. Tails die prahle S und 8 mit einer kleinen Vorspannung gebogen sind, besteht eine genügende Verbindung mit den Ringen, um das Aufwickeln der Leilerwendeln zl> ermöglichen. Beim Abkühlen muß die Kontraktion des Drahtes 5 durch eine Biegungselastizität, beispielsweise durch die bei 8, aufgenommen werden, so dall fceine zu großen Längskräfte entstehen, tine größere Elastizität wird erreicht, falls der Draht dicht hinter 8 flach oben zurüekgebogen wird.

Die F i g. 6 zeigt eine weitere Art der Abstützuni; fir den Leiter. Es ist dies eine Wendel 9 aus Kunststoff, wobei deren \ic und die .Schlaglänge.vir derart "ewählt werden, d^ß

Polyleiralluora'thylen gegen Papier. Die günstige Reibung des Folytctralluorälhylens kann ausgenutzt werden, indem auf einem dickeren Papierband einseilig oder beidseitig dünne l'olytetralluoiäthylei·.-folien aufgebracht werden. Auch ein Aufsprühen ist möglich.

Es läßt sich zeigen, daß breite Bänder nicht zweckmäßig sind, sondern daß es für eine geringe Reibung günstiger ist, bei gegebener Schlaglänge mehrere

ίο parallele Bänder zu verwenden, wie in der F i g. 7 dargestellt. Die Isolierbänder 11 bis 14 einer Lage liegen mit einem kleinen Abstand nebeneinander. Wie nicht weitei Jargestellt, sind mehrere solcher Lagen verwendet.

Bei einer Abkühlung entsteht bei einer Dicke«/ zwischen den Bändern ein Gesamtspiel

s-

\ ir

II-

Gl. 3

Eine schmale Wendel aus Kunststoff hat mit Rücksicht auf die Herstellung des Kabels eine zu große l.ängselastizitat. welche durch eine breitere Wendel reduziert werden kanu, jedoch verschlechtert diese den Zutritt des Kühlmittels zum Leiter. Die Kühlung kann verbessert werden, indem auf die breite Wendel 9 fine schmale Wendel 10 aufgebracht ist.

Der Leiter wird konzentrisch in der Mitte eines entsprechend bemessenen Wellrohres gelagert und durch Isclierteile abgestützt, wenn er durch das Kühlmittel elektrisch isoliert werden soll.

Eine bessere Isolierung wird erreicht durch Bänder ims Papier oder Kunststoff, weiche den Leiter umueiu'.:ln. Da bei einer Abkühlung die Teülciter sich im jeder Stelle um \y verdrehen, entsteht zwischen den 'leilleitern und der untersten Luge der Isolierung Relining, die nur mäßig ist. wenn der Aufprel.idruck auf die Teilleiter klein gehalten wird. Ilaben die liäi.Jer den Kontraktionskoeffizicnten \/; und die iichlaglänge .v/;. so muß zur Klcinhaltung der Reibung für die unterste Isolierlage r u is /7. gelten oder

45

■v/r

ύ ν. I

II-

Gl. 4

Da für Kunststoff \_/( größer al.·. \i, ist. muß die ich laglänge .?« der Bänder wesentlich kleiner als die tier Teilleiter sein. Papierbänder haben eine kleine Kontraktion, beispielsweise in iicr Größenordnung VMi der des Metalls. Wird das Gleichheitszeichen in (iljichiing 4 verwendet, so erfordert dies eine große Sehlaglänge .v;,. was aus praktischen Gründen nicht iweck'näßig ist. Es wird besser eine kleinere Schlaglänge gewählt, so daß sich bei Abkühlung ein kleines Spiel zwischen Isolierung und Leiter ergibt und sich somit die Kontraktion der Isolierung ohne zu grof3c Reibung relativ zum Leiter entfalten kann. Haben benachbarte Lagen der Bänder entgegengericnteten Schlag, so ist die gegenseitige Verdrehung 2. Ij/. Um diese Verdrehung zu ermöglichen, muß die Reibung zwischen den Bändern, d. h. der Reibungskoeffizient, klei η sein.

Der Reibungskoeffizient von Papier ist bei niederer Temperatur schlechter als beispielsweise der von PoIytetrafluorü'thylcn gegen Polytetrafluorethylen oder was aus Gründen der Reibung günstig ist. Die Schlaglänge sä ist daher nicht zu klein zu wählen. Es ist ferner günstig, wenn die Bänder der oberen Isolierlagen eine etwas kleinere Schlaglänge als die der unteren haben.

Wie F i g. 7 weiter zeigt, ist der Leiter 3 einschließlich der Isolierung 15 innerhalb eines Wellrohres 16 gelagert. Dieses ist so elastisch, daß die durch die Kontraktion hervorgerufenen Kräfte an den Verankerungen nur gering sind. Das Wellrohr 16 befindet sich innerhalb eines weiteren Wellrohres 17, welches auf normaler Temperatur liegt. Der Raum 18 ist evakuiert und mit einer nicht weiter dargestellter. Wärmesuperisolierimg gefüllt, um den Wärmeeintritt in das Kabel klein zu 'laken.

In F i g. H ist die Ausbildung der Verankerung nach der Fig. 1 dargestellt. Zwei Leiterenden 3 sind durch Schweißen oder durch Streifen 21 supraleitenden Materials verbunden. Die Bandisolierung 22 ist an der Muffe in bekannter Weise keulenförmig verstärkt. In der eng schraffierten Zor.e 23 sind die Isolierbänder miteinander und mit dem Leiter 3 verklebt, so daß zwischen der Isolierung 22 und dem Leiter 3 eine feste Verbindung bestehl. Ein Spannl and 24 mit einigen Vorsprüiigcn 25 umgibt die Keule. Die Vorsprünge 25 ragen in einen Kanal 26 eines Gehäuses 27, welches mit den Wellrohren 16 verbunden ist. Die äußeren Wellrohre 17 sind mit einem Gehäuse 28 verbunden, welches normale Temperatur hat. während das Gehäuse 27 tiefe Temperatur hat. Zwischen beiden Gehäusen besteht ein Vakuum. Die Verankerung des Gehäuses 27 und damit de.- Kabels relativ zum Gehäuse 28 erfolgt durch Spanndrähtc 29. welche eine schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. Die Drähte können aus rostfreiem Stahl oder geeignetem Kunststoff bestehen.

Claims

Patentansprüche:

1. "''ieftemperaturkabel mit einem rohrförmigen Leiter, der aus gewcndelten, mit Abstand voneinander angeordneten Teilleitern besteht, die von einer gewcndelten Bandisolierung umhüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Leiter (3) und Isolierung (15) in Abständen (2) verankert sind, daß im Innern des Leiters (3) Stützelemente (4, 9) angeordnet sind und daß die radiale Kontraktion der Stützelemente (4. 9) gleich oder größer

und die radiale Kontraktion der Bandisolierungd?) gleich oder kleiner als die radiale Kontraktion des Leiters (3) ist und daß die Schlaglängc (sn) der Bandisolierung kleiner als die der Teilleiter (3) ist.

2. Tieftemperaturkabel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandisolierung je Schlaglänge (.v«) aus mehreren parallelen Bändern (11 bis 14) besteht.

3. Tiefteinperatiirkabel nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Bandmaterial aus Polytetrafluorethylen besteht.

4. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß von Isolierlage zu Isolierlage oder von Isolierlagengruppen zu Isolierlagengruppen unterschiedliche Schlaglängen (sn) gewählt sind.

5. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 bis 4.

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teillcitcr (3) auf Rin.ee (4) abstützen, deren radiale Kontraktion mindestens der radialen Kontraktion der Teilleiter (3) entspricht.

6. Tieftemperaturkabel nach .Anspruch "\ dadurch ijekennzeichnet. daß die Ringe (4) durch Drähte (5) miteinander verbunden sind.

7. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 1 bis 4. dadurcl· gekennzeichnet, daß sich die Teilleiter (3) auf eine Wendel (9) abstützen, deren radiale Kontraktion (\ 11) und Schlaglänge (vir) so abgestimmt sind, daß die radiale Kontrakiion der Wendel (9) mindestens der radialen Kontraktion der Teilleiter (3) entspricht.

8. Tieftemperaturkabel nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß auf die Wendel (9) eine schmalere Wendel (K)) aufgebracht isl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen