DE2920805C2

DE2920805C2 - Verseilter Leiter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2920805C2
Application number: DE2920805A
Authority: DE
Inventors: Tsuneaki Yachiyo Chiba Mohtai; Michio Chiba Tokyo Takaoka; Kazuo Tokyo Watanabe; Syotaroh Yoshida
Original assignee: FUJIKURA CABLE WORKS Ltd TOKYO JP
Current assignee: FUJIKURA CABLE WORKS Ltd TOKYO JP
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1983-09-29
Also published as: AU531414B2; FR2441249B1; GB2034101B; FR2441249A1; US4325750A; GB2034101A; AU4732879A; DE2920805A1; BR7903255A; US4571453A; US5094703A; JPS6044764B2; JPS5564307A

Description

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Die Erfindung betrifft einen verseilten Leiter, bestehend aus einer Vielzahl verseilter leitender Kupferstränge, von denen wenigstens einer mit einem abblätterungsfreien Oxidfilm abgedeckt ist (DE-PS 38 075). Bekannt war hiernach ein Film aus Kupferoxid, der eingesetzt wurde, um den Skineffekt und den Näherungseffekt zu vermindern.

Das bekannte Kupferoxid hat einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand und ist nicht in der Lage, wie sich herausgestellt hat, den Skineffekt und den Näherungseffekt zu vermindern. Seine mechanische Stabilität ist gering; der bekannte Oxidfilm, der auf Kupferdrähte aufgebracht ist, wird leicht abblättern, wenn diese Drähte zur Bildung eines Stranges zusammen verdreht werden.

Die Probleme des Standes der Technik sollen nun anhand von F i g. 1 erläutert werden. Diese zeigt die Skineffektcharakteristiken dreier Leiter unterschiedlichen Typs über deren Querschnittsfläghe, Hierin stellt die Kurve A den Fall eines mit Isolierfilm überzogenen gesträngten Leiters dar, während die Kurven B und C die Fälle eines mit öl gefüllten Leiterkabels bzw. eines ölgefüllten Leiterkabels vom Rohrtyp zeigen. Nach Fig. 1 liegt der mit Isolierfilm überzogene gesträngte Leiter unter anderem im Skineffektkoeffizient für jede Querschnittsfläche am niedrigsten und auch im zunehmenden Verlauf des Koeffizienten des Skineffekts relativ zur Zunahme in der Querschnittsfläche des Leiters. Je größer die Querschnittsfläche nämlich wird, desto günstiger wird der mit Isolierfilm überzogene gesträngte Leiter verglichen mit anderen Leitertypen.

Zur Isolierung eines Stranges wurde das Emailüberzugsverfahren im allgemeinen angewendet. Das Emailüberzugsverfahren hat jedoch wegen seiner hohen Kosten einen erheblichen Nachteil. Es -gibt auch ein Verfahren, bei dem ein Oberflächenoxidfilm -auf einem Strang ausgebildet wird, indem die Oberfläche jedes Strangs oxidiert wird. Bei diesem Verfahren wird jeder Strang einzeln in oxidierende Flüssigkeit getaucht und bildet beispielsweise einen Oxidfilm auf der Oberfläche des Strangs. Eine Vielzahl solcher jeweils mit einem Oxidfilm bedeckter Stränge werden gesträngt und bilden einen Leiter für das Kabel. In diesem Fall jedoch werden die mit den Oxidfilmen bereits überzogenen Stränge mit Hilfe äußerer Kräfte gesträngt, um eine relativ große Reibungskraft zwischen den Strängen während der Strangbildung hervorzurufen; hierdurch wird ein Ausblätterr. oder Aufblättern der Oxidfüme auf den Oberflächen der Stränge vermieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den üblichen verseilten Leitern noch innewohnenden Probleme wie wirksame Unterdrückung des Skineffekts und Näherungseffekts zu lösen und hierdurch eine Verminderung der Wechselstromverluste zu erreichen.

Gelöst wird diese Aufgabe überraschend dadurch, daß als Oxidfilm ein Kupfer-II-Oxidfilm verwendet wird, der durch Oxidieren der Oberflächen dieser Stränge gebildet wurde.

Vorzugsweise führt man das Verfahren so durch, daß beim Oxidieren eines Starkstormleiters dieser unter Beibehaltung seiner Elastizität gewellt wird, derart, daß er unter Bildung von Freiräumen zwischen den Strängen zur Ermöglichung der Ausbildung von Oxidfilmen auf der Oberfläche der Stränge geweilt bzw. gekrümmt wird.

Durch die überraschende Maßfkihnae, Kupfer-II-Oxid (Cuprioxid) zu verwenden, vermindert man aufgrund des hohen spezifischen elektrischen Widerstandes von 1 ■ ΙΦΩΰΓη wirksam den Skineffekt und unterdrückt gleichzeitig den Näherungseffekt und vermindert hierdurch die Wechselstromverluste aufgrund dieser Effekte.

Es wird nicht verkannt, daß die österreichische Patentschrift 3 12 075 eine Vorrichtung zum Lockern eines Litzenkabels bestehend aus einer Vielzahl verseilter Leiter vorschlägt. Hierbei wird das Litzenkabel mehrfach teilweise um eine Antriebsrolle und teilweise um eine angetriebene Rolle gewickelt. Bei der der Erfindung zugrundeliegenden Maßnahme wird kein Litzenkabel sondern ein sehr steifes elektrisches Kraftstromkabel behandelt, das überhaupt nicht so stark wie ein Litzenkabel gebogen werden kann, so daß die bekannten Techniken nicht auf ein solches elektrisches Kraftstromkabel verwendbar sind. Es ist erfindungsgemäß überraschend, daß nicht wie bei der bekannten Maßnahme das Litzenkabel gelockert wird, um Freiräume um die es bildenden Elemente, d. h. die leitenden Stränge zu bilden. Es ist also nicht notwendig, so große Freiräume zwischen zwei benachbarten Strängen vorzusehen, wie noch beim Stand der Technik erachtet wurde.

Das Verfahren zum Herstellen eines verseilten Leiters der oben beschriebenen Art kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Führungsrollen auf einem Rahmen eines oxidierenden Flüssigkeitsbades, die in der

Höhe etwas gegeneinander versetzt sind, verwirklicht werden. Während der Leiter durchläuft, lockern diese Rollen das Kabel in seinem Zusammenhalt etwas und schaffen kleine Freiräume um die Stränge, so daß die oxidierende Flüssigkeit durch die Freiräume oder Spalte fließen kann.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in

Fig. 1 das Verhältnis zwischen den Querschnittsflä- ;o chen verschiedener Leiter unterschiedlicher Bauart sowie deren Skineffektkoeffizienten;

F i g. 2 den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung beim Verfahren nach der Erfindung;

F i g. 3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines gesträngten, dem in Fig.2 angedeuteten Oxidationsverfahren auszusetzenden Leiters;

Fig.4 eine perspektivische Darstellung einer Führungsrolle;

Fig.5 einen Querschnitt des Leiters, der dem Oxidationsveirfahren ausgesetzt wurde:

F i g. 6 eine vergrößerte perspektivische Dr₁-stellung einer der Stränge des Leiters nach Durchlaufen des Oxidationsverfahrens;

F i g. 7 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Leiters;

F i g. 8 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des Leiters;

F i g. 9 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Leiters;

Fig. 10 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Leitersegments zur Herstellung des Leiters nach F i g. 9; und

F i g. 11 den Querschnitt durch einen anderen Aufbau des in F i g. 10 gezeigten Leitersegments.

Fig.2 erläutert das Verfahren zur Herstellung eines verseilten Leiters, der aus isolierten leitfähigen aufblätterungsfreien Strängen nach der Erfindung besteht F i g. 2 zeigt wie der aus einer Vielzahl verseilter leitfähiger nackter Stränge bestehende Leiter durch eine oxidierende Flüssigkeit geführt wird und hierbei die Oberflächen der den Leiter bildenden Stränge oxidiert werden.

Das Oberflächenoxidationsverfahren umfaßt zwar verschiedene Schritte eines üblichen Herstellungsverfahrens, wie beispielsweise das Ablaufen des Leiters, das Aufnehmen des Leiters, das Waschen und das Trocknen. Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich jedoch besonders durch das O.idationsverfahren aus. Die w anderen Schritte sind in üblicher Weise durchzuführen. So zeigt F i g. 2 aus den Gründen einer einfachen Darstellung auch nur den Oxidationsprozeß.

Hierbei (F i g. 2) ist mit 1 eine Vorrichtung für die Oberflächenoxidatiün bezeichnet, in welchem ein Bad 2 mit oxidierender Flüssigkeit 3 sich befindet. Die das Bad 2 bildende Wandung ist teilweise fortgebrochen. Der Leiter 4 wird durch die oxidierende Flüssigkeit zum Zwecke der Oxidationsbehandlung geführt. F i g. 3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des bo Leiters. Nach F i g. 3 besteht der Leiter 4 aus einer Vielzahl verseilter Leiterstränge 5. Eine Führungsrolle 61, deren axialer Mittelteil, wie perspektivisch in Fig.4 zu sehen, eingezogen ist, ist drehbar an einem nicht dargestellten Rahmen der Vorrichtung unter rechten Winkeln zur Laufrichtung des Leiters 4 angebracht. Weitere Führungsrollen β>, 63, 6^ und 65 sind ebenfalls drehbar zwischen zwei sich gegenüberstehenden Wandungen des Bades 2 in vertikal gegeneinander verschobenen Lagen angebracht. Die Führungsrollen 62, 63, 64 und 65 veranlassen den Leiter 4 durch die oxidierende Flüssigkeit 3 im Bad 2 mäanderförmig auf und ab zu laufen. Die Führungsrollen 6e und 67 führen den Leiter 4 aus der Flüssigkeit 3 nach außen. Obwohl nicht dargestellt, sind eine Zuführungsanordnung (beispielsweise eine Zuführungsrolle) zum Zuführen des Leiters 4 und eine Aufnehmeranordnung (beispielsweise eine Aufnehmerrolle) links und rechts der Vorrichtung der Fig.2 vorgesehen. Die Führungsrollen 62 bis 67 können von dem gleichen Aufbau wie die Führungsrolle 6j nach F i g. 4 sein.

Mit der Vorrichtung nach Fig.2 arbeitet man wie folgt: Der Leiter 4 wird von der nicht dargestellten Zuführungsanordnung durch Antrieb der Zuführungseinrichtung und der nicht dargestellten Aufnehmereinrichtung zugeführt und gegen die oxidierende Flüssigkeit 3 durch die Wirkung der Führungsrolle 61 gerichtet und durchläuft dann die Flüssigkeit 3· Bei Durchlauf durch die Flüssigkeit 3 wird der Lenrr zwischen den Rollen 62 bis 65 durchgeführt, wobei letztere unter variierenden Höhen so angeordnet sind, daß der Leiter sich wellenförmig oder gewunden durch die Flüssigkeit 3 bewegt. Wenn der Leiter 4 durch die Führungsrollen 62 bis 05 gekrümmt wird, werden schmale Spalte zwischen den den Leiter 4 bildenden Leitersträngen 4 hervorgerufen. Die oxidierende Flüssigkeit 3 tritt durch diese Spalte und erreicht so die inneren Stränge sowie die Stränge benachbart des Außenumfangs des Leiters. Somit werden CuO-Filme für Leiterstränge aus Kupfer auf den Oberflächen nicht nur der Umfangsstränge sondern auch der Innenstränge gebildet. Der oxidierte Leiter 4 wird nach außen mittels der Führungsrollen 6e und 67 geführt, in Wasser gewaschen und nach üblichen Verfahren getrocknet, dann auf nicht dargestellte Aufnehmereinrichtungen gewickelt. Alternativ kann der Leiter nach dem Trocknen so wie er ist geschnitten werden, wodurch der Leiter in geeignete Längen, ohne gewickelt zu werden, geschnitten wird. Waschen und Trocknen brauchen nur vorzugsweise ausgeführt zu werden.

Die zwischen den Leitersträngen 5 aufgrund des Kriimmens der Führungsrollen 62 bis 65 beim Oxidierverfahren gebildeten Freiräume oder Spalte müssen nach Abschluß dieses Verfahrens wieder beseitigt werden. Da die Führungsrollen 62 bis 65 bei relativ geringer Höhendifferenz im Bad 2 angeordnet sind, sind die Spalte zwischen den Strängen 5, die durch die Führungsrollen 62 bis 65 hervorgerufen wurden, schmal. Diese Spalte zwischen den Strängen 5 müssen somit beseitigt werden, indem eine durch das üblicht Wickelverfahren erzeugte Zugkraft aufgebracht wird. So bleiben die Spalte zwischen den Leitersträngen 5 relativ gering, so daß die Beseitigung dieser Spalte keine besonders große äußere Kraft erfordert; die auf den Leiter 4 beim Wickelverfahren aufgebrachte Wickelkraft reicht aus. Die Beanspruchung an den Leitersträngen 5 ist daher gering, so daß der Oxidfilm auf der Oberfläche jedes Leiterstrangs 5 niemals aufblättert.

Der Leiter 4 hat sein eigenes Ausrichtmoment, wodurch die Spalte zwischen den Leiterstr-'ingen 5 auch beseitigt werden können, ohne daß die Wickelkraft beim Wickelverfahren ausgenutzt wird. Da Kupferdraht für den Leiterstrang 5 verwendet wird, sollte es sich bei der verwendeten oxidierenden Flüssigkeit vorzugsweise um ein Lösungsgemisch aus 5% Natriumchlorit und 5% Natriumhydroxyd handeln.

Es wird so möglich, einen relativ preiswerten Leiter 4 aus Leitersträngen 5 ohne einen Teil mit aufblätterndem Oxidfilm zu benützen bzw. zu schaffen, indem man in genau bestimmter Weise den Leiter 4 unter Wellenbildung bei Durchlaufen der oxidierenden Flüssigkeit 3 mittels einer Vielzahl von Führungsrollen 62 bis 65 krümmt, wobei es darauf ankommt, daß diese in unterschiedlichen Höhen und mit Höhenunterschied angeordnet sind: hierdurch kann die oxidierende Flüssigkeit 3 in die Spalte bzw. Freiräume zwischen den Leitersträngen 5. die beim Wölben oder Krümmen gebildet wurden, eindringen und hierdurch in wirksamer Weise Oxidfilme auf der Oberfläche der Leiterstränge 5 bilden. Die Spalte oder Freiräume werden durch die auf dem Leiter 4 beim Wickelverfahren aufgebrachte Wickelkraft oder durch das Ausrichtmoment des Leiters selbst, wobei das Wickelverfahren dann fortfallen kann, wieder beseitigt.

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Anwendung des Verfahrens der Erfindung. Nach F i g. 5 werden gleichförmige und aufblätterungsfreie Oxidfilme 7 (durch in dicken Linien in F i g. 5 eingetragene Kreise angedeutet) auf den Oberflächen sämtlicher Leiterstränge 5 einschließlich der Leiterstränge auf dem innen gelegenen Teil des Leiters sowie der Stränge auf dem Außenumfang des Leiters ausgebildet. Der Leiter mit solchem Aufbau steht kaum unter dem Einfluß von Skineffekt, Proximityeffekt etc. Auch ist der nach dem Herstellungsverfahren der Erfindung erhaltene Leiter relativ preiswert wegen der auf den einzelnen Leitersträngen durch Oxidieren von deren Oberflächen ausgebildeten Filme 7. F i g. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines der Leiterstränge 5 des in F i g. 5 gezeigten Leiters, um so den Oberflächenoxidfilm 7 auf dem Leiterstrang 5 klar darzustellen. Es ist nicht notwendig, die Oberflächenoxidation an sämtlichen Leitersträngen 5, die den verseilten Leiter 4 bilden, vorzunehmen; ein doppellagigcr Leiter, lediglich mit inneren oxidierten Leitersträngen 8| und äußeren nicht oxidierten Leitersträngen 8₂, kann nach Fig. 7 erhalten werden, indem man zunächst beispielsweise öl

-, auf die Umfangsstränge der den Leiter bildenden Leiterstränge 4 vor der Durchführung des Oxidationsverfahrens aufbringt, wodurch verhindert wird, daß die Oberfläche dieser eingeölten Leiterstränge beim Oxidationsverfahren oxidiert. Im Gegensatz hierzu kann der

ίο nach Fig.8 hergestellte Leiter auf seinen innen gelegenen Leitersträngen 9i nicht oxidiert, auf den außen gelegenen Leitersträngen 9i oxidiert sein.

Die Erfindung läßt sich auch auf einen Segmentleiter anwenden, der aus einer Vielzahl sektorförmiger

Γι Segmente entsprechend Fig. 9 besteht. Dieser Leiter kann hergestellt werden, indem Segmente 10 vorbereitet werden, die aus einer Vielzahl verseilter leitfähiger Leiterstränge 5 nach dem Herstellungsverfahren der Frfindiing bestehen, wobei dann pine Vipl/ahl solcher

.»ο Segmente miteinander verseilt werden. Obwohl der in F i g. 4 gezeigte Segmentleiter aus sechs Segmenten 10 besteht, kann auch ein Leiter hergestellt werden, der aus vier, fünf, acht, neun, zehn oder zwölf Segmenten besteht. Die Anzahl der Segmente braucht nicht auf die

r> genannte Anzahl begrenzt sein. Es ist darüber hinaus nicht notwendig, sämtliche, jedes Segment bildende Stränge zu oxidieren. Stränge an nur einem bestimmten Teil se Men zur Isolierung oxidiert werden, wie dies der Fall bei den F i g. 7 oder 8 ist. Ein in F i g. 10 gezeigtes

κι Segment ist an seinen innen gelegenen Leitersträngen isoliert, an den Umfangsle-tersträngen

isoliert. Demgegenüber zeigt Fig. 11 ein Leitersegment, bei dem die inneren Leiterstränge 12, nicht isoliert, die Umfangsleiterstränge \2₂ isoliert sind.

Die Stränge können in wechselnden Richtungen oder in ein und der gleichen Richtung verseilt sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verseilter Leiter bestehend aus einer Vielzahl verseilter leitender Kupferstränge, von denen wenigstens einer mit einem abblätterungsfreien Oxidfilm abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidfilm ein Kupfer-II-Oxidfilm (7) verwendet wird, der durch Oxidieren der Oberflächen dieser Stränge (5) gebildet wurde.

Z Verfahren zum Herstellen eines verseilten Leiters, wobei ein nicht isolierter Leiter bestehend aus einer Vielzahl verseilter nicht isolierter leitender Stränge oxidiert wird, indem der Leiter durch eine in einem Bad enthaltene oxidierende Flüssigkeit geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Oxidieren eines Starkstromleiters dieser unter Beibehaltung seiner Elastizität gewellt wird, derart, daß er unter Bildung von Freiräumen zwischen den Strängen zur Ermöglichung der Ausbildung von Oxidfilmea auf der Oberfläche der Stränge gewellt bzw. gekrümmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Freiräume zwischen den Strängen beseitigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die FreJEäume durch ein auf die Elastizität des gekrümmten Leiters selbst zurückzuführendes Ausrichtmoment beseitigt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiräume zwischen den Strängen durch Aufbringen einer Zugkraft auf den Leiter, während dieser gewickelt wird, beseitigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter läng» einer Vielzahl von Führungsrollen an einem Rahmen des Bades, die vertikal gegeneinander in Bewegungsrichtung versetzt sind, gewellt wird.