Die Erfindung betrifft ein Hochstromkabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines elektrisch betriebenen Ofens für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren und Reduktionsöfen, mit

• einem Hochstromleiter,
• einer isolierenden, den Hochstromleiter umgebenden Ummantelung und
• einem an mindestens einem Kabelende mit dem Hochstromleiter verbundenen Kabelkopf.

Ferner betrifft die Erfindung eine Einspeisevorrichtung für elektrisch betriebene Öfen für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren und Reduktionsöfen.

Hochstromkabel sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei werden entsprechende Hochstromkabel insbesondere dazu verwendet, die Sekundärseite eines Transformators einer entsprechenden Hochstromanlage mit einer Elektrode bzw. einem Tragarm für eine Elektrode eines Pfannen- oder Lichtbogenofens oder einem anderen mit Starkstrom betriebenen Bauteil zu verbinden. Kleinere Pfannenöfen weisen typischerweise drei Phasen auf und sind mit zwei Hochstromkabeln pro Phase angeschlossen. Bei größeren Öfen werden gewöhnlich sogar vier oder mehr Hochstromkabel pro Phase verwendet.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Hochstromkabel der genannten Art weisen in der Regel aufgrund der guten Leitfähigkeit und Verformbarkeit einen Leiter aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf. Auch der Kabelkopf sowie auch der Elektrodentragarm sind zumindest teilweise aus Kupfer oder einer entsprechenden Legierung ausgebildet.

Nachteilig hierbei ist zum einen das vergleichsweise hohe Gewicht, was mit einer erschwerten Handhabung der vergleichsweise massigen Kabel einhergeht und aufgrund der hohen Zugkräfte zu einer erhöhten Verschleißanfälligkeit der schweren, freihängenden Kabel besonders an den Kopfenden führt.

Zudem machen insbesondere aber die steigenden Kupfer-Preise die Erschließung neuer Möglichkeiten von alternativen Leitermaterialien speziell auch für materialintensive Anwendungen, wie Energieeinspeisevorrichtungen für Lichtbogenöfen, wünschenswert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochstromkabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines Lichtbogenofens bereitzustellen, das eine gute Leitfähigkeit aufweist, aber dennoch stabil und kostengünstig herzustellen ist.

Das Dokument FR 1336823 offenbart ein elektrisch leitender Elektrodentragarm aus einem Leichtmetall, der in Längsrichtung mit Kühlmittelleitungen versehen ist. Der Elektrodentragarm ist an dem der Elektrode abgewandten Ende seitlich mittels Metallplatten versehen. Zur elektrischen Kontaktierung des Elektrodentragarms sind Hochstromkabel aus Aluminium vorgesehen, die entweder direkt an die Platten gelötet oder in an den Platten angeordneten Anschlusshülsen aufgenommen sind.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung weist das mit einer isolierenden Ummantelung umgebende Hochstromkabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines Lichtbogenofens einen Hochstromleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf. Auch ein an mindestens einem Kabelende mit dem Hochstromleiter verbundener Kabelkopf ist erfindungsgemäß aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet.

Wenngleich Aluminium im Vergleich zu Kupfer den Strom weniger gut leitet, ist Aluminium wesentlich leichter und zudem kostengünstiger. Um die erforderliche Leitfähigkeit zu erreichen, ist mit dem Übergang vom Kupferleiter auf einen Aluminiumleiter daher zwar eine Querschnittserhöhung des Hochstromkabels erforderlich. Aufgrund des wesentlich geringeren spezifischen Gewichts von Aluminium zeichnet sich das erfindungsgemäße Hochstromkabel dennoch durch ein geringes Gesamtgewicht aus. Neben einer vereinfachten Handhabung führt dieser Faktor zu einer Verringerung der Zugkräfte des Kabels an den Kopfenden, woraus eine verbesserte Dauerstandfestigkeit der Hochstromleitung resultiert. Auch preislich ist das Hochstromkabel mit Aluminiumleiter dem Kupferkabel überlegen.

Zudem trägt auch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kabelkopfes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung maßgeblich zur Verringerung der Verschleißanfälligkeit bei. So wird bei der Verbindung zwischen Kabelende und Kabelkopf auf eine Paarung von Metallen unterschiedlicher Elektronegativitäten bewusst verzichtet und damit vorteilhaft eine elektrochemische Kontaktkorrosion vermieden.

Unter einem Hochstromkabel wird grundsätzlich jedes Kabel verstanden, das geeignet ist, einen Starkstrom zu leiten. Dabei kann das Hochstromkabel zunächst in beliebiger Weise ausgestaltet sein. So kann das Hochstromkabel aus nur einem elektrischen Leitungselement gebildet sein. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Hochstromleiter jedoch mindestens zwei oder mehrere Einzelleiter auf, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind.

Grundsätzlich kann der Hochstromleiter oder die Einzelleiter, eine beliebige Form und insbesondere einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Bevorzugt sind der Hochstromleiter oder die Einzelleiter jedoch mit einem runden Querschnitt ausgebildet. Dabei weist der Hochstromleiter in Summe einen Querschnitt von 100 bis 7.500 mm², bevorzugt 1.000 bis 6.000 mm² und/oder die Einzelleiter einen Querschnitt von 10 bis 1.000 mm², bevorzugt von 100 bis 600 mm² auf.

Die Einzelleiter können beliebig zueinander angeordnet sein. Sie können aneinander anliegen und/oder verdrillt sein oder voneinander beabstandet angeordnet sein. Bevorzugt ist jeder Einzelleiter von einer koaxial angeordneten Ummantelung umgeben, wobei die Ummantelung aus einem beliebigen, den Strom nicht leitenden Material oder Materialverbund, insbesondere einem Kunststoff, einer Kautschukverbindung oder einem Lack ausgebildet ist. Die Ummantelung dient u. a. zur Beabstandung der Einzelleiter voneinander und reduziert deren Reibung aneinander.

Das Hochstromkabel kann ungekühlt, also ohne ein den Leiter umgebendes Kühlmedium, eingesetzt werden. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Kabel gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt. Dabei ist der Hochstromleiter innerhalb einer in der Ummantelung angeordneten Kühlflüssigkeit angeordnet. Als Kühlflüssigkeit können beliebige Fluide oder Fluidgemische verwendet werden, die eine verbesserte Wärmeabfuhr gewährleisten. Ferner können die Fluide auch mit Additiven, beispielsweise mit Korrosionsschutzadditiven versehen sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochstromkabel kann die Anbindung des mindestens einen Kabelendes des Hochstromleiters an einen Kabelkopf beliebig erfolgen. So kann die Verbindung stoffschlüssig, beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Kabelkopf mit dem Hochstromleiter kraftschlüssig verbunden und weiter bevorzugt verpresst. In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann auch die Ummantelung in Verpressung miteinbezogen sein. Im Falle eines flüssigkeitsgekühlten Hochstromkabels wird die Ummantelung im verpressten Bereich zudem gegen ein Austreten der Kühlflüssigkeit abgedichtet.

Im laufenden Betrieb folgt das Hochstromkabel dem Senken, Heben und Verschwenken des Elektrodentragarms. Dadurch ist insbesondere auch der Verbindungsabschnitt zwischen Hochstromleiter und Kabelkopf starken Zug-, Stauch- und Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt.

Um diesen Beanspruchungen gerecht zu werden, wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen Hochstromleiter und Kabelkopf gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung durch eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung verstärkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kabelkopf dazu in Richtung auf den Hochstromleiter vorstehende Vorsprünge auf, die weiter bevorzugt durch Dorne und/oder Ringe gebildet sind. Diese Vorsprünge graben sich beim Verpressen formschlüssig in die Oberfläche des Hochstromleiters ein. Gegebenenfalls kann ein druckbedingtes Fließen des Aluminiums dabei zudem zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Kabelkopf und Hochstromleiter führen.

Die Ummantelung des Hochstromkabels kann aus einem beliebigen Material gebildet sein. Bei einem flüssigkeitsgekühlten Hochstromkabel ist die Ummantelung derart ausgebildet, dass keine Flüssigkeit austreten kann. So kann die Ummantelung einschichtig aus beispielsweise einem Kunststoff oder Kautschukmaterial gebildet sein. Die Ummantelung kann jedoch auch aus einem mehrlagigen Verbund bestehen, wobei mindestens eine Lage flüssigkeitsdicht ist und mindestens eine weitere Lage andere funktionelle Eigenschaften, wie beispielsweise eine Verstärkung zum Schutz gegen äußere Einflüsse, ausübt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ummantelung durch einen flexiblen Schlauch gebildet. Die flexible Ausführung des Schlauchs verbessert die Beweglichkeit des Hochstromkabels. Zudem ist eine Erhöhung der Druck- und Dauerbruchstabilität des Schlauchs gegeben.

In der Regel müssen derartige Schläuche nicht speziell angefertigt werden, sondern können entsprechend ihrem Anforderungsprofil hinsichtlich Querschnitt, Druckbelastbarkeit und Material kostengünstig aus der breiten Palette am Markt erhältlicher Schläuche ausgewählt werden.

Zur Fertigung muss der flexible Schlauch also lediglich koaxial über den Hochstromleiter gezogen werden und anschließend an den Schlauchenden mit diesem gegebenenfalls flüssigkeits- und druckdicht verbunden werden. Dabei kann die Verbindung zwischen Schlauch und Hochstromleiter beliebig erfolgen. So kann der Schlauch stoffschlüssig, z. B. durch Verkleben, und/oder kraftschlüssig, z. B. mittels einer Schlauchschelle mit dem Hochstromleiter verbunden sein. Vorzugsweise wird der Schlauch an mindestens einem Ende zusammen mit dem Hochstromleiter und/oder dem Kabelkopf verpresst.

Vor dem Hintergrund des gegenüber den Kupferpreisen geringeren Rohstoffpreises für Aluminium, der im Wesentlichen kommerziell am Markt erhältlichen Komponenten und des vergleichsweise einfachen Fertigungsverfahrens hebt sich das erfindungsgemäße Hochstromkabel durch geringe Herstellungskosten hervor. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hochstromkabels gewährleistet zudem vorzugsweise ein Hochstromkabel mit einer verbesserten Stabilität in Bezug auf

• Dauerbruckfestigkeit an der Verbindungsstelle zwischen Kabelkopf und Hochstromleiterende (resultierend aus den geringeren Zugkräften des leichteren Hochstromleiters)
• Korrosionsfestigkeit an der Verbindungsstelle zwischen Kabelkopf und Hochstromleiter (Material mit gleicher Elektronegativität)
• Dauerbruchfestigkeit der Ummantelung durch Ausführung in Form eines flexiblen, den Bewegungen des Elektrodenarms folgenden und auch der Druckbelastung durch die Kühlflüssigkeit standhaltenden Schlauchs.

Gemäß der Erfindung ist ferner in einer Einspeisevorrichtung für einen Lichtbogenofen mit einem mit dem Elektrodentragarm verbundenes Hochstromkabel
neben dem Hochstromleiter und dem mindestens einen Kabelkopf auch der Elektrodenarm aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet.

Nachdem der Elektrodenarm einen nicht unwesentlichen Anteil der Einspeisevorrichtung ausmacht, werden damit einerseits das Gewicht und nicht zuletzt auch die Materialkosten für die gesamte Einspeisevorrichtung maßgeblich reduziert. Durch Wahl des gleichen Werkstoffs für Kabelkopf, Hochstromkabel und Elektrodenarm wird zudem die Anfälligkeit gegen Kontaktkorrosion an der Einspeisevorrichtung und insbesondere an den elektrischen Kontaktierungsstellen zwischen Hochstromleiter und Kabelkopf einerseits sowie Kabelkopf und Elektrodenarm andererseits wesentlich verringert.

Nachfolgend wir ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläutert.

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Hochstromkabels zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines Lichtbogenofens.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Hochstromkabels 1 weist einen Hochstromleiter 2 auf, der durch mehrere Einzelleiter 5 aus Aluminium gebildet ist, von denen hier drei Einzelleiter 5 exemplarisch dargestellt sind. Die Einzelleiter 5 sind dabei von einer Isolierung 6 koaxial umgeben.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein flüssigkeitsgekühltes Hochstromkabel 1. Dazu sind die eine Isolierung 6 aufweisenden Einzelleiter 5 voneinander beabstandet innerhalb einer mit einer Kühlflüssigkeit 7 befüllten oder von Kühlflüssigkeit 7 durchströmten Ummantelung 3 angeordnet. Die Ummantelung 3 ist mit Anschlüssen 8 zur Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit 7 versehen, wobei in Fig. 1 aufgrund der perspektivischen Darstellung nur ein Anschluss 8 sichtbar ist.

Am Kabelende weist das Hochstromkabel 1 in der dargestellten Ausführungsform einen Kabelkopf 4 aus Aluminium auf, der mit dem Hochstromleiter 2 und der Ummantelung 3 verbunden ist.