Kabel [1]

Kabel (elektrische) dienen zur Uebertragung elektrischer Energie. Man kann die Kabel in Starkstrom- und Schwachstromkabel einteilen; erstere finden bei der Uebertragung elektrischer Energie für Kraft- und Beleuchtungszwecke, letztere für Telephonie und Telegraphie (s.d. und Seekabel) Verwendung.

Im nachfolgenden handelt es sich nur um die Starkstromkabel. Nach der Anzahl der Leiter (Kupferlitzen) und ihrer Anordnung unterscheidet man: Einfachkabel (Fig. 3 und 4), Zweifachkabel (Fig. 1, 2 und 7), Dreifachkabel (Fig. 5 und 6), Mehrfachkabel; bei den Zweifach- u.s.w. Kabeln können die isolierten Leiter miteinander verseilt (verseilte Kabel, Fig. 1, 2, 5 und 6) oder der eine Leiter um den andern konzentrisch (konzentrische Kabel, Fig. 7) angeordnet sein. Besteht das Isolationsmaterial aus Gummi, Guttapercha u.s.w., so werden sie Gummikabel u.s.w. genannt. Ist die Isolation des Kabels durch einen Bleimantel gegen Feuchtigkeit geschützt, so bezeichnet man solche Kabel als Bleikabel (Fig. 1), und zwar, wenn nur der Bleimantel vorhanden ist, als blanke Bleikabel; diese dürfen indessen nur da verwendet werden, wo weder schädliche chemische Einflüsse noch mechanische Verletzungen zu befürchten sind. Die Bleikabel mit Schutzhüllen für den Bleimantel kommen in folgenden Ausführungen vor:

1. Asphaltierte Bleikabel (Fig. 2), deren Bleimantel durch eine zwischen zwei Kompositionsschichten (in der Regel Asphalt und Teer) eingebettete Papierumspinnung, eine säurefrei imprägnierte Jutebespinnung und eine Asphaltschicht gegen chemische Einflüsse geschützt ist. Diese Kabel dürfen nur verwendet werden, wo mechanische Verletzungen nicht zu befürchten sind.

2. Asphaltierte Bleikabel mit Eisenbandarmatur (Fig. 3), die auf der säurefrei imprägnierten Juteschicht (s. unter 1.), eine doppelte Eisenbandspirale und eine imprägnierte asphaltierte Juteumspinnung tragen. Diese Kabel sind da zu verwenden, wo ein Schutz gegen mechanische Verletzungen des Kabels notwendig ist.

3. Asphaltierte Bleikabel mit Eisendrahtarmatur (Fig. 4 und 5), die auf der Juteschicht (s. unter 1.) eine Armatur aus verzinkten Eisendrähten (rund oder flach) und eine[246] imprägnierte, asphaltierte Juteumspinnung besitzen. Für die Verwendung dieser Kabel in Bergwerken wird die Armatur gegen saure Grubenwasser bisweilen noch mit einer besonderen Schutzhülle versehen. Diese Kabel sind zu verwenden, wo mechanische Verletzungen zu befürchten sind und wo die Kabel auf Zug beansprucht werden, z.B. in Bergwerksschächten (Schachtkabel).

4. Asphaltierte Bleikabel mit Eisenband- und Eisendrahtarmatur (Fig. 6); diese Kabel tragen auf der Eisenbandarmatur (s. unter 2.) eine zweite Armatur aus verzinkten Eisendrähten, welche mit einer imprägnierten, asphaltierten Juteumspinnung umgeben ist. Diese Kabel sind zu verwenden, wo ein Schutz gegen besonders kräftige mechanische Angriffe erforderlich ist oder wo eine starke Beanspruchung auf Zug auftritt; sie eignen sich besonders zur Verlegung in Wasserläufen mit starkem Schiffsverkehr (Flußkabel mit schwerer Armatur; bei geringem Schiffsverkehr wendet man die unter 3. angegebene Kabelarmierung an und bezeichnet solche Kabel als Flußkabel mit leichter Armatur).

Außer den Kupferlitzen besitzen die Kabel zuweilen noch gut isolierte Kupferdrähte, die Prüfdrähte (s. in den Fig. 1, 2, 6, 7). Für die Stärke der Isolation, des Bleimantels und der Armierung der Bleikabel hat der Verband deutscher Elektrotechniker Vorschriften aufgestellt [1], auf die verwiesen wird.

Die Herstellung der Bleikabel

richtet sich insbesondere nach der Art des Isolationsmaterials. Als solches wird vorzugsweise Papier verwendet; für Hochspannungskabel kommen außerdem Guttapercha und Kautschuk und für Niederspannungskabel Faserstoffe (Jute, Baumwolle) in Betracht.

A. Herstellung der mit Papier oder Faserstoff isolierten Bleikabel. Die Seele, d.h. der kupferne stromführende Teil des Kabels wird nur bei schwachen Querschnitten (etwa bis 10 qmm) aus einem einzigen massiven Draht gebildet; bei stärkeren Kabeln befiehlt sie dagegen aus einzelnen Drähten, die litzenförmig verseilt werden, weil bei dieser Konstruktion viel weniger leicht eine Beschädigung des Kabels beim Abbiegen vorkommt. Die zur Verwendung kommenden Kupferdrähte werden zunächst einer genauen und sorgfältigen Prüfung auf ihr elektrisches Leitungsvermögen unterworfen und auf ihre Oberflächenbeschaffenheit untersucht; sie müssen möglichst glatt und splitterfrei sein, damit keine Beschädigung der Isolationsschicht eintreten kann. Die geprüften Drähte werden maschinell auf Spulen (Bobinen) aufgewickelt und diese auf den (rotierenden) Rahmen der Verseilmaschine aufgestellt, in welcher aus den einzelnen Drähten ein Kupferdrahtseil (Litze) zusammengedreht wird. Die Verseilmaschinen besitzen in der Regel drei hintereinander liegende Bobinensätze, von denen der erste sechs Spulen für die sechs Drähte der innersten Seelenschicht enthält, welche den durch die hohle Welle laufenden Mitteldraht umschließt. Der zweite Satz besteht aus zwölf Spulen für die zweite, der dritte Satz aus 18 Spulen für die dritte Drahtlage. Der Drehungssinn der aufeinander folgenden Lagen wechselt ab. Die blanke Kabelseele geht von der Verseilmaschine direkt weiter in die Bespinnmaschine. Sie wird hier bei Kabeln für niedere und mittlere Spannung mit Faserstoff, Jutegarn oder Papier in mehreren Lagen bewickelt.

Bei mehradrigen konzentrischen Kabeln (Fig. 7) bringt eine Verseilmaschine auf die erste mit Jute bedeckte Kupferseele eine Hülle von Kupferdrähten auf, welche den zweiten Leiter bildet. Auf diese wird durch eine Bespinnmaschine die zweite Juteschicht gewickelt. Bei dreiadrigen konzentrischen Kabeln folgt schließlich eine dritte Schicht von Kupferdrähten und darüber die Isolationsschicht. – Bei mehradrigen verseilten (Fig. 1, 2, 5, 6) Kabeln bildet dagegen jede einzelne Ader für sich eine isolierte Kupferlitze, und die einzelnen Adern werden miteinander auf einer besonderen Maschine verseilt. Dabei müssen gleichzeitig die Hohlräume zwischen den einzelnen Adern durch stärkere oder schwächere Faserstoffseile ausgefüllt werden. – Zur Erzielung eines möglichst geringen Volumens gibt man in neuerer Zeit den einzelnen Adern verteilter Kabel zuweilen den Querschnitt eines Kreissegments; diese Adern schließen sich so gut aneinander, daß auszufüllende Hohlräume überhaupt nicht entstehen. Für kleinere Querschnitte wird der sektorförmige Draht direkt als massiver Leiter in dieser Form gezogen; für größere Querschnitte wird die Sektorgestalt durch die Art des Verteilens hergestellt.

Besondere Aufmerksamkeit ist der Isolation von Kabeln für hohe Spannung zuzuwenden. Diese gehören als Drehstromkabel fast durchgängig dem dreifach verseilten Typus an. Die Isolation besteht vorwiegend aus Papier, dem durch Imprägnieren mit nicht harzenden Oelen ein sehr hoher Grad von Geschmeidigkeit verstehen wird; nur bei besonders starken Querschnitten und sehr hohen Spannungen kommt im Interesse größerer Biegsamkeit und leichterer Verlegung des Kabels eine kombinierte Isolierung von Spezialgummi und Papier zur Anwendung. Nach Aufbringen der Isolation gelangt das Kabel zur Trocknung in den Vakuumtrockenschrank und aus diesem in noch heißem Zustand in einen Tränkbottich, der luftleer gemacht wird. Unter dem Einflusse des erzeugten Vakuums dringt von unten eine aus Harzen und Oelen[247] bestehende Flüssigkeit, deren Zusammensetzung sich nach der Spannung richtet, für die das betreffende Kabel bestimmt ist, in alle Poren der Isolation ein und bildet mit dieser zusammen eine vorzügliche Isolierschicht. Nach der Tränkung kommt das Kabel aus dem Tränkbottich unmittelbar in die Bleipresse, in der das Kabel mit einem enganschließenden wasserdichten Bleimantel umpreßt wird. In der Regel erfolgt das Aufpressen des Bleis im warmen Zustand, seltener in kaltem (das letztere nur dann, wenn durch die Wärme des Bleis eine Zerstörung des Isolationsmaterials zu befürchten ist). Bisweilen hat man auch zwei und drei Bleimäntel aufeinander gepreßt, das üblichste ist indessen der einfache Bleimantel, dessen Stärke zwischen 1,5–3,6 mm schwankt. Die Kabelpressen werden in verschiedenen Anordnungen ausgeführt. Man kann sie in solche mit wagerechter und senkrechter Anordnung des Bleizylinders, mit wagerechter und senkrechter Bewegungsrichtung des Kabels und mit feststehendem oder beweglichem Preßkolben einteilen. Der Betrieb der Kabelpressen erfolgt ausnahmslos mit Druckwasser. Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Kabelpresse der Firma Justus Braun in Nürnberg [6], Jahrg. 1899. Das Blei wird in Blöcken in den Zylinder eingesetzt. Das Kabel wird durch einen Hohldorn eingeführt und erhält in der anschließenden Matrize den Bleimantel umgepreßt. Auf dem Druckwasserkolben sitzt das Mundstückgehäuse (mit dem Hohldorn und der Matrize) und darüber der Bleizylinder. Das Mundstückgehäuse wird durch Dampf erwärmt. Die Pressen werden in drei verschiedenen Größen für Bleimäntel bis 40, 60 und 90 mm Durchmesser ausgeführt. Die Leitungen betragen je nach der Größe der Preßpumpen 150–450 kg Blei in der Stunde. – Gleichfalls mit beweglichem Preßzylinder arbeitet die Presse von Weiß [6], Jahrg. 1899. Fig. 10 stellt die Hubersche Kabelpresse von Friedrich Krupp A.-G. Grusonwerk, Magdeburg-Buckau, dar. Sie besitzt zwei Bleizylinder mit horizontaler Achse. Ueber dem Mundstückgehäuse und den Preßzylindern sind die Bleischmelzkessel angeordnet, links und rechts die Druckwasserpressen. Die Presse wird für Kabel bis 65 und 85 mm äußeren Durchmesser und einen Druck von 350 und 500 t gebaut. Eine ausführliche Beschreibung der Presse ist in [3], [4] enthalten. Ueber die Kabelpresse der Oesterreichisch-Alpinen Montangesellschaft mit Bewegung des Kabels in senkrechter Richtung s. [5]. Nach dem Aufpressen der Bleihütte werden die Kabel einer Isolationsprüfung unterworfen. Zu dem Zweck kommen sie in große mit Wasser gefüllte Behälter (Tanks), in denen sie 24 Stunden bleiben, wobei ihr Isolationswiderstand gemessen wird. Zum Schluß der Prüfung setzt man die Kabel mehrere Stunden lang Hochspannungen bis zu 50000 Volt aus. Unter dem Einfluß dieser[248] Hochspannung werden auch solche Isolationsfehler, welche etwa bei den vorhergehenden Widerstandsmessungen nicht gefunden wurden, sicher entdeckt. Nach Vornahme der Prüfung werden alle Bleikabel (mit Ausnahme der blanken) noch mit der Armierung (s. oben) versehen. Die Armiermaschinen ähneln in ihrer Bauart den Versen- und Bespinnmaschinen. Die Bleikabel werden zuerst mit flüssiger Isoliermasse bestrichen, dann mit Papierband umsponnen und wiederum mit Isoliermasse übergossen. Darauf erhält das Kabel eine Juteschicht, die mit heißer Harzmasse getränkt wird. Auf diese Schicht kommt nun die Band- oder Drahtarmierung, die gleichfalls mit heißer Harzmasse übergossen und mit Garn besponnen wird, worauf man auch die Garnumspinnung noch tränkt.

B. Herstellung der Gummi- und Guttaperchakabel. Zunächst wird die Guttapercha (s.d.) in besonderen geheizten Knetmaschinen durch kräftiges Kneten in plastischen Zustand gebracht. Die erweichte Guttapercha gelangt dann in eine den erwähnten Bleikabelpressen ähnliche Presse, welche die Guttapercha in nahtlosem Mantel um den Draht preßt. Die die Presse verlassenden Drähte werden über Rollen teils durch die Luft, teils durch ein in einem langen Trog befindliches Wasserbad geführt, um schnelles Erhärten der Guttapercha herbeizuführen. Wegen der hohen Preise der Guttapercha finden auch andre Gummiharze, insbesondere das Kautschuk (s.d.), Anwendung. Dieses wird zum Zweck der Vulkanisierung zunächst mit Schwefel bezw. mit schwefelhaltigen Stoffen zusammengeknetet. Die Herstellung der Kabel geschieht entweder durch Umpressen wie bei den Guttaperchakabeln oder auch vielfach in der Weise, daß die Drähte in besonderen Maschinen zwischen zwei Kautschukbänder gelegt werden, welche man zu einem Mantel zusammenwalzt. Befindet sich der Kautschuk unmittelbar auf dem Leiter, so muß dieser gut feuerverzinnt werden, weil sonst das Kupfer angegriffen wird. Zur Vollendung der Vulkanisierung werden die Kabel durch Erhitzen in Kesseln auf 130–140° erwärmt. Hierauf erfolgt die Prüfung des Kabels. Bei einigen Firmen wird das Kabel noch durch eine Compoundmasse gezogen. Sollen Mehrfachkabel hergestellt werden, so werden die vulkanisierten Adern miteinander, unter Verwendung von Füllmaterial für die Hohlräume, verseilt und gemeinsam entweder mit einer Lage Isolierband oder mit einer oder mehreren Lagen imprägnierter Jute besponnen, Weiterhin erfolgt dann das Aufbringen einer Schutzhülle (Umklöppelung, z.B. mit Eisendraht, Umpressen eines Bleimantels u.s.w. je nach der Verwendung des Kabels).

C. Garniturteile der Kabel. Als solche bezeichnet man:

1. Die Endverschlüsse. Sie müssen das Kabel zuverlässig gegen den Zutritt der Feuchtigkeit schützen. – Fig. 11 zeigt einen Schalttafelendverschluß der Siemens-Schuckert-Werke für Einfachkabel mit Prüfdraht, Fig. 12 einen Endverschluß für konzentrische Dreifachkabel. Der Verschluß wird bei Fig. 12 durch ein Gehäuse gebildet; die Enden der Kabellitzen sind mit den Anschlußleitungen durch starke Klemmen verbunden. Der gußeiserne Karten wird mit Isoliermasse vollständig ausgegossen.

[249] 2. Verbindungsmuffen, zur Verbindung zweier Kabelenden dienend, bestehen aus einem gußeisernen Kasten, der nach Herstellung der Verbindung mit Isoliermasse ausgegossen wird. Fig. 13 zeigt eine Verbindungsmuffe (mit Deckel) für ein konzentrisches Dreifachkabel.

3. Abzweigmuffen und Hausanschlußkasten zur Herstellung einer Abzweigung. Für ein konzentrisches Dreifachkabel ist eine Abzweigmuffe in Fig. 14 und ein runder Hausanschlußkasten in Fig. 15 dargestellt.

4. Verteilungskästen (Kabelkästen) werden an Vereinigungspunkten mehrerer Kabel angeordnet und enthalten gewöhnlich auch die Sicherungen für die einzelnen Leitungen. Diese Kästen werden nicht ausgegossen, müssen aber sehr sorgfältig gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden. Fig. 16 zeigt einen runden Verteilungskästen für konzentrische Dreifachkabel. (S.a. Leitungen, elektrische, und Seekabel.)

Literatur: [1] Strecker, K., Hilfsbuch für die Elektrotechnik, 7. Aufl., Berlin 1907. – [2] Kabelwerk Oberspree, Broschüre der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft, Berlin 1904; Das Kabelwerk am Nonnendamm, Broschüre von Siemens & Halske, A.-G., Berlin. – [3] Schmidt, J., Die Fabrikation von Starkstromkabeln, Zürich 1905. – [4] Baur, C., Das elektrische Kabel, Berlin 1903. – [5] Weisbach-Herrmann, Lehrbuch der Ingenieur- und Maschinenmechanik, 2. Aufl., 3. Abt., 2. Hälfte, Braunschweig 1901. – [6] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing.

A. Widmaier.

Fig. 1., Fig. 2., Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5., Fig. 6., Fig. 7.

Fig. 8., Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12.

Fig. 13.

Fig. 14.

Fig. 15.

Fig. 16.