Die Strukturkomponenten von Draht- und Kabelprodukten lassen sich grundsätzlich in vier Hauptstrukturteile unterteilen: Leiter, Isolationsschichten, Abschirmschichten und Mäntel sowie Füllelemente und Zugelemente usw. Je nach Nutzungsanforderungen und Anwendungsszenarien der Produkte weisen einige Produkte eine äußerst einfache Struktur mit nur einer Strukturkomponente auf, nämlich dem Draht, wie beispielsweise blanke Oberleitungsdrähte, Fahrdrähte, Kupfer-Aluminium-Sammelschienen (Busbars) usw. Die äußere elektrische Isolierung dieser Produkte wird durch den Einsatz von Isolatoren und räumlichen Abstand bei der Installation und Verlegung (also durch Luftisolierung) gewährleistet.
Die überwiegende Mehrheit der Draht- und Kabelprodukte weist (abgesehen von Fertigungsfehlern) exakt die gleiche Querschnittsform auf und liegt in Form langer Streifen vor. Dies liegt daran, dass sie zur Bildung von Schaltkreisen oder Spulen in Systemen oder Geräten verwendet werden. Daher ist es bei der Untersuchung und Analyse der strukturellen Zusammensetzung von Kabelprodukten lediglich erforderlich, deren Querschnitte zu betrachten und zu analysieren.
Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Analyse der Kabelstrukturzusammensetzung und der Kabelmaterialien:
1. Kabelstrukturaufbau: Leiter
Drähte sind die grundlegendsten und unverzichtbarsten Hauptkomponenten für Produkte, die die Funktion der Übertragung von Strom oder elektromagnetischen Welleninformationen erfüllen. Draht ist die Abkürzung für leitfähigen Kern.
Aus welchen Materialien bestehen Kabelleiter? Leitermaterialien bestehen in der Regel aus Nichteisenmetallen mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit wie Kupfer und Aluminium. Die optischen Kabel, die in den optischen Kommunikationsnetzen verwendet werden, die sich in den letzten drei Jahrzehnten rasant entwickelt haben, verwenden Glasfasern als Leiter.
2. Kabelstrukturaufbau: Isolationsschicht
Die Isolierschicht ist eine Komponente, die den Umfang des Drahtes bedeckt und als elektrischer Isolator dient. Das heißt, sie kann sicherstellen, dass der übertragene Strom oder die elektromagnetischen Wellen, Lichtwellen nur entlang des Drahtes wandern und nicht nach außen fließen. Das Potenzial auf dem Leiter (d. h. die Potenzialdifferenz zu den umgebenden Objekten, d. h. die Spannung) kann isoliert werden. Das heißt, es ist notwendig, sowohl die normale Übertragungsfunktion des Drahtes als auch die Sicherheit externer Objekte und Personen zu gewährleisten. Drähte und Isolierschichten sind die beiden Grundkomponenten, die vorhanden sein müssen, um Kabelprodukte zu bilden (mit Ausnahme von blanken Drähten).
Was sind Kabelisolationsmaterialien? Bei heutigen Drähten und Kabeln lässt sich die Klassifizierung von Kabelisolationsmaterialien hauptsächlich in zwei Kategorien einteilen: Kunststoff und Gummi. Polymermaterialien dominieren und ermöglichen eine Vielzahl von Draht- und Kabelprodukten, die für unterschiedliche Anwendungen und Umweltanforderungen geeignet sind. Gängige Isolationsmaterialien für Drähte und Kabel sind Polyvinylchlorid (PVC),vernetztes Polyethylen (XLPE), Fluorkunststoffe, Gummimischungen, Ethylen-Propylen-Gummimischungen und Silikonkautschuk-Isoliermaterialien.
3. Kabelstrukturaufbau: Mantel
Wenn Drähte und Kabel in unterschiedlichen Umgebungen installiert und betrieben werden, sind Komponenten erforderlich, die das gesamte Produkt schützen, insbesondere die Isolierschicht. Dies ist der Kabelmantel. Da Isoliermaterialien hervorragende elektrische Isoliereigenschaften aller Art aufweisen müssen, ist eine extrem hohe Reinheit und ein äußerst geringer Verunreinigungsgehalt der Materialien erforderlich. Oftmals ist es unmöglich, die Schutzwirkung gegenüber der Außenwelt zu berücksichtigen. Daher müssen verschiedene Schutzstrukturen dafür sorgen, dass sie verschiedenen mechanischen Einflüssen von außen (z. B. bei Installation, Einsatzort und während des Betriebs) standhalten, witterungsbeständig, beständig gegen Chemikalien und Öle sind, biologische Schäden verhindern und die Brandgefahr verringern. Die Hauptfunktionen von Kabelmänteln sind Wasserdichtigkeit, Flammhemmung, Feuerbeständigkeit und Korrosionsschutz. Viele Kabelprodukte, die speziell für gute Außenbedingungen (z. B. saubere, trockene und von außen mechanisch freie Innenräume) entwickelt wurden oder deren Isoliermaterialien von Natur aus eine gewisse mechanische Festigkeit und Witterungsbeständigkeit aufweisen, kommen ohne Schutzschicht aus.
Welche Materialien gibt es für Kabelummantelungen? Zu den wichtigsten Materialien zählen Gummi, Kunststoff, Beschichtungen, Silikon und verschiedene Faserprodukte. Schutzschichten aus Gummi und Kunststoff zeichnen sich durch ihre Weichheit und Leichtigkeit aus und werden häufig in Mobilfunkkabeln verwendet. Da sowohl Gummi als auch Kunststoff jedoch eine gewisse Wasserdurchlässigkeit aufweisen, können sie nur eingesetzt werden, wenn hochpolymere Materialien mit hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit als Kabelisolierung verwendet werden. Manche Anwender fragen sich daher vielleicht, warum Kunststoff als Schutzschicht verwendet wird. Im Vergleich zu Kunststoffummantelungen weisen Gummiummantelungen eine höhere Elastizität und Flexibilität auf und sind alterungsbeständiger, ihr Herstellungsprozess ist jedoch vergleichsweise komplexer. Kunststoffummantelungen hingegen haben bessere mechanische Eigenschaften und sind wasserbeständiger. Sie sind reichlich vorhanden, kostengünstig und leicht zu verarbeiten. Daher werden sie häufig verwendet. Branchenkollegen sollten beachten, dass es auch Metallummantelungen gibt. Metallummantelungen erfüllen nicht nur mechanische Schutzfunktionen, sondern auch die unten beschriebene Abschirmfunktion. Sie verfügen außerdem über Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Druck- und Zugfestigkeit sowie Wasserbeständigkeit, die das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen schädlichen Substanzen in das Innere der Kabelisolierung verhindern können. Daher werden sie häufig als Ummantelung für ölimprägnierte, papierisolierte Stromkabel mit geringer Feuchtigkeitsbeständigkeit verwendet.
4. Kabelstrukturaufbau: Abschirmschicht
Die Abschirmschicht ist ein Schlüsselelement in Kabelprodukten zur Isolierung elektromagnetischer Felder. Sie verhindert nicht nur, dass interne elektromagnetische Signale austreten und externe Instrumente, Messgeräte oder andere Leitungen stören, sondern blockiert auch das Eindringen externer elektromagnetischer Wellen in das Kabelsystem durch Kopplung. Strukturell befindet sich die Abschirmschicht nicht nur auf der Außenseite des Kabels, sondern auch zwischen den Adernpaaren oder -gruppen in mehradrigen Kabeln und bildet so mehrstufige „elektromagnetische Isolationsschirme“. In den letzten Jahren haben sich die Abschirmmaterialien mit den steigenden Anforderungen an Hochfrequenz-Kommunikationskabel und Entstörungseigenschaften von traditionellen metallisierten Papier- und Halbleiterpapierbändern zu fortschrittlicheren Verbundwerkstoffen wieAluminiumfolie-Mylar-Bänder, Mylar-Bänder aus Kupferfolie und Kupferbänder. Gängige Abschirmstrukturen umfassen innere Abschirmschichten aus leitfähigen Polymeren oder Halbleiterbändern sowie äußere Abschirmschichten wie Längswicklungen aus Kupferbändern und geflochtene Kupfergeflechte. Dabei besteht die Geflechtschicht meist aus verzinntem Kupfer, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Für spezielle Anwendungsszenarien, wie z. B. Frequenzumrichterkabel mit einer Verbundabschirmung aus Kupferband und Kupferdraht, Datenkabel mit Längswicklung aus Aluminiumfolie und stromlinienförmigem Design sowie medizinische Kabel, die ein hochdeckendes, versilbertes Kupfergeflecht erfordern, sind Abschirmschichten geeignet. Mit dem Beginn des 5G-Zeitalters hat sich die hybride Abschirmstruktur aus Aluminium-Kunststoff-Verbundband und verzinntem Kupferdrahtgeflecht zur gängigen Lösung für Hochfrequenzkabel entwickelt. Die Branchenpraxis zeigt, dass sich die Abschirmschicht von einer zusätzlichen Struktur zu einem unabhängigen Kernbestandteil des Kabels entwickelt hat. Bei der Materialauswahl müssen Frequenzeigenschaften, Biegeverhalten und Kostenfaktoren umfassend berücksichtigt werden, um die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit verschiedener Anwendungsszenarien zu erfüllen.
5. Kabelstrukturaufbau: Gefüllte Struktur
Viele Drähte und Kabel sind mehradrig. Beispielsweise sind die meisten Niederspannungskabel vier- oder fünfadrig (für Drehstromnetze geeignet), und Stadttelefonkabel sind in den Längen 800, 1200, 2400 oder 3600 Paaren erhältlich. Nach der Verkabelung (oder der mehrmaligen Verkabelung in Gruppen) dieser isolierten Adern oder Paare treten zwei Probleme auf: Zum einen ist die Form unrund, zum anderen entstehen große Lücken zwischen den isolierten Adern. Daher muss beim Verkabeln eine Füllstruktur hinzugefügt werden. Diese Füllstruktur sorgt dafür, dass der Außendurchmesser des Kabels relativ rund ist, was das Umwickeln und Extrudieren des Mantels begünstigt und gleichzeitig die Kabelstruktur stabil und das Kabelinnere widerstandsfähig macht. Beim Einsatz (beim Dehnen, Stauchen und Biegen während der Herstellung und Verlegung) wird die Kraft gleichmäßig verteilt, ohne die innere Struktur des Kabels zu beschädigen. Daher ist die Füllstruktur zwar eine Hilfsstruktur, aber auch notwendig, und es gibt detaillierte Vorschriften für ihre Materialauswahl und Formgestaltung.
Kabelfüllmaterialien: Zu den Füllmaterialien für Kabel gehören in der Regel Polypropylenbänder, PP-Vliesseile, Hanfseile oder relativ preiswerte Materialien aus recyceltem Gummi. Um als Kabelfüllmaterial verwendet zu werden, darf es keine negativen Auswirkungen auf den isolierten Kabelkern haben, selbst nicht hygroskopisch sein, nicht zum Schrumpfen neigen und nicht korrodieren.
6. Aufbau der Kabelstruktur: Zugelemente
Herkömmliche Draht- und Kabelprodukte sind auf die Panzerung des Mantels angewiesen, um äußeren Zugkräften oder Zugkräften durch ihr Eigengewicht standzuhalten. Typische Strukturen sind Stahlband- und Stahldrahtpanzerungen (bei Unterseekabeln werden beispielsweise dicke, verdrillte Stahldrähte mit einem Durchmesser von 8 mm verwendet, um die Panzerung zu bilden). Um die Glasfasern jedoch vor geringen Zugkräften zu schützen und leichte Verformungen der Fasern zu verhindern, die die Übertragungsleistung beeinträchtigen könnten, ist die Glasfaserkabelstruktur mit einer primären und sekundären Ummantelung sowie speziellen Zugkraftkomponenten ausgestattet. Wenn das Kopfhörerkabel eines Mobiltelefons eine Struktur aufweist, bei der feiner Kupferdraht oder dünnes Kupferband um synthetische Faserfilamente gewickelt und außen mit einer Isolierschicht extrudiert ist, bilden diese synthetischen Faserfilamente das Zugelement. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zugelemente bei den speziellen, kleinen und flexiblen Produkten, die in den letzten Jahren entwickelt wurden und die mehrfach gebogen und verdrillt werden müssen, eine wichtige Rolle spielen.
Welche Materialien sind für Kabelzugkomponenten enthalten: Stahlbänder, Stahldrähte und Edelstahlfolien
Veröffentlichungszeit: 25. April 2025