AT398498B - Flammwidriges kabel - Google Patents

Description

AT 398 498 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein flammwidriges, insbesondere elektrisches Kabel, mit einer zumindest einen von einer Isolierhülle umgebenen Leiter aufweisenden Kabelseele, welche von zumindest einer Umhüllung aus Kunststoff umgeben ist, die sich bei Erhitzung ausdehnt, wobei für die Aufnahme dieser Ausdehnung die Umhüllung von Kanälen umgeben ist, deren Richtung eine in Längsrichtung des Kabels verlaufende wesentliche Komponente hat, und wobei über dieser Umhüllung zumindest eine Schicht mit im Vergleich zur Umhüllung geringem Dehnvermögen liegt, welche die Kanäle abdeckt.

Ein derartiges Kabel ist aus der FR-PS 2,414.245 bekannt.

Bekanntlich müssen Kabel, welche in Baulichkeiten mit besonders hohen Sicherheitsansprüchen verlegt werden, z.B. in Kraftwerken, Hochhäusern oder U-Bahn-Schächten, strenge Anforderungen an die Rammwidrigkeit erfüllen. Die einschlägigen Prüfungen hiefür schreiben zumeist eine Beflammung für eine längere Zeitdauer bei Funktionserhalt vor, welche mehr als eine Stunde betragen kann, wobei zusätzlich noch mechanische Beanspruchungen vorgeschrieben sein können. Die bisher üblichen Konstruktionen flammwidriger Kabel sehen zumeist Isolierhüllen, Zwischenmäntel bzw. Außenmäntel aus vernetzten oder unvemetz-ten Kunststoffen vor, denen als Flammschutzmittel Präparate auf Aluminium- bzw. Magnesiumhydroxid-Basis beigemischt sind.

Die vom Anmelder durchgeführten Versuche haben nun ergeben, daß die mit solchen Zusätzen versehenen flammwidrigen Umhüllungen zwar an sich flammhemmend sind, jedoch in anderer Richtung problembehaftet sind. Es hat sich nämlich gezeigt, daß solche Umhüllungen bei der Erhitzung Gase bzw. Dämpfe abgeben bzw. ihr Volumen vergrößern. Dies kann dazu führen, daß über der flammwidrigen Umhüllung angeordnete, in der Regel metallene Schichten gesprengt werden, insbesondere dann, wenn diese Schichten ein geringes Dehnvermögen aufweisen. Hält aber eine äußere, nicht dehnbare Schicht stand, so werden die darunter liegenden Aufbauelemente zusätzlich zum Einfluß der Hitze noch einer erheblichen Druckbeanspruchung unterworfen, was zu einer Veränderung der geometrischen Lage der Leiter zueinander und zu einer sie gegebenenfalls umhüllenden metallenen Schicht, z.B. eines Kupferbandes führen kann, wobei letzteres unter Umständen eine Falte bilden kann. Dies ist insbesondere unerwünscht bei solchen Kabeln, bei welchen diese relative geometrische Lage der Leiter und der metallenen Abschirmung unbedingt eingehalten werden muß, z.B. bei Nachrichten-, Sicherungs- und Datenkabeln.

Auch bei Lichtwellenleiterkabeln, das sind Kabeln mit Glasfasern zur Übertragung optischer Impulse, kann der auf die Kabelseele ausgeübte Druck zu Problemen führen.

Zur Vermeidung eines Aufplatzens eines äußeren Metallmantels des Kabels bzw. einer äußeren metallischen Abschirmung ist es aus der eingangs erwähnten FR-PS 2,414.245 bekannt, zwischen diesem Metallmantel bzw. der Abschirmung und einer die Kabelseele umgebenden elektrisch isolierenden Umhüllung eine kannelierte Schicht vorzusehen, und zwar in Form einer wellenförmig gewickelten Folie, welche bei Ausdehnung der inneren Isolierhülle diese Ausdehnungen aufnimmt und derart ein Aufplatzen des äußeren Mantels bzw. der metallischen Abschirmung verhindert. Dadurch können zwar radiale Ausdehnungen der die Kabelseele umgebenden Umhüllung aufgefangen werden, nicht jedoch die durch Einfluß der Entwicklung von Gasen bzw. Dämpfen entstehenden Druckbeanspruchungen, weil diese Gase bzw. Dämpfe deswegen aus der Umhüllung nicht entweichen können, weil zwischen dieser und der kannelierten Schicht eine weitere halbleitende Kunststoffschicht liegt, welche für den Durchtritt von Gasen bzw. Dämpfen zumindest hinderlich ist. Diese zwischengeschaltete halbleitende Schicht verhindert auch den wirksamen Einsatz der zuvor erwähnten Flammschutzmittel, da deren Wirkung vorwiegend darauf besteht, daß sie bei Erwärmung Hydratwasser abspalten, welches bei Verdampfung kühlend wirkt. Die Verdampfung des Hydratwassers wird aber durch die halbleitende Schicht zumindest behindert.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und ein flammwidriges Kabel der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß die Flammwidrigkeit erhöht wird, wobei insbesondere Rißbildungen und bzw. oder starke Verformungen der sensiblen Aufbauelemente vermieden sind. Weiters setzt sich die Erfindung zur Aufgabe, für eine verläßliche Abfuhr jener Gase bzw. Dämpfe zu sorgen, welche aus der die Kabelseele umgebenden Umhüllung im Brandfall abgegeben werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Kanäle von Nuten im Material der Außenfläche der elektrisch nicht leitenden Umhüllung gebildet sind, welche Nuten von mit der Umhüllung einstückigen Rippen begrenzt sind, und daß dem Kunststoff der Umhüllung der mehradrigen Kabelseele, welche Umhüllung zusätzlich zu den die Leiter umgebenden Isolierhüllen vorgesehen ist, zumindest ein flammenhemmender Zusatz, z.B. Aluminiumhydroxid beigesetzt ist, wobei die Nuten in Längsrichtung des Kabels verlaufende Ableitkanäle für von der Umhüllung bei Erhitzung abgegebene Gas bzw. Dämpfe bilden. Auf diese Weise können die flammenhemmenden Zusätze voll wirksam werden, denn die von ihnen bei Erhitzung abgegebenen Gase bzw. Dämpfe sowie gegebenenfalls vom Grundmaterial der Umhüllung abgegebene Gase oder Dämpfe werden durch die von den Nuten gebildeten Ableitkanäle in Längsrichtung des Kabels abgeleitet. Diese bedeutet nicht nur eine Vermeidung einer Radialbeanspruchung des äußeren Kabelmantels durch Ableitung 2

AT 398 498 B des von den Gasen bzw. Dämpfen bzw. vom Material der Umhüllung ausgeübten Druckes, sondern auch eine Kühlwirkung, weil die in Längsrichtung des Kabels abströmenden Gase bzw. Dämpfe Wärme von der Brandstelle abtransportieren. Dadurch, daß die von den Nuten gebildeten Kanäle in der Umhüllung selbst vorgesehen sind und nicht etwa in einer die Umhüllung umgebenden Schicht, können diese Kanäle voll wirksam werden, d.h. der Eintritt der Gase bzw. Dämpfe in die Kanäle wird in keiner Weise behindert. Zugleich bildet jede Nut einen Freiraum, in welchen das Material der Umhüllung bei Volumsvergrößerung ausweichen kann, so daß die mechanischen Beanspruchungen der die Umhüllung umgebenden Schicht(en) wesentlich reduziert werden. Als Folge ergibt sich eine verbesserte Flammwidrigkeit dadurch, daß ein Aufplatzen der diese Umhüllung umgebenden, als Flammbarriere wirkende(n), nicht dehnbaren Schicht(en) vermieden ist, so daß sie ihre Funktion länger ausüben kann (können). Es kommt dadurch erst wesentlich später zum Veraschen der inneren Aufbaumaterialien. Die Vermeidung eines Druckes auf die sensiblen Bauelemente der Kabelseele bewirkt, daß die Leiter ihre gegenseitige Lage auch bei schwierigen Brandbedingungen über lange Zeit einhalten.

Aus der DE-AS 2,811.526 sind in Längsrichtung des Kabels verlaufende Rillen an der Außenfläche einer die Kabelseeie umgebenden Isolierung an sich bekannt. Sie dienen jedoch dort zur Aufnahme der Durchmesservergrößerung des Kabels im Zuge der im normalen Betrieb auftretenden Erwärmungen bzw. Abkühlungen und es sind die Rillen mit einem Dichtungsmaterial gefüllt, welches in Gegenwart von Wasser quillt. Dadurch verbleibt gerade im Brandfall in den Rillen kein Freiraum, durch welchen Gase bzw. Dämpfe abgeleitet werden können, sodaß diese Konstruktion nicht im Sinne der Erfindung wirksam werden kann, zumal diese Literaturstelle keinen Hinweis darauf gibt, in das Material der Isolierung flammhemmende Zusätze einzubringen.

Aus der DE-OS 3,104.984 ist eine extrudierte Hülle für Leitungsrohre bekannt, bei welcher die das Rohr außen umgebende Hülle Zusätze enthält, die im Brandfall Hydratwasser abspalten und mit nach innen ragenden Rippen versehen ist, welche die Hülle gegen die Oberfläche des zu isolierenden Kupferrohres abstützen. Hier tritt das Problem einer Aufsprengung einer die Isolierhülle außen umgebenden, praktisch undehnbaren Schicht nicht auf, ebensowenig wie das Problem einer Aufrechterhaltung der Relativlage von der Umhüllung umgebener sensibler Aufbauelemente eines Kabels. Ähnliches gilt für ein Energiekabel gemäß der US-PS 3 259 687, bei welchem die drei Phasen in eine dreiteilige Umhüllung aus dielektrischem Material eingegossen sind, die am Außenmantel mit Rippen versehen ist. Dort handelt es sich weder um die Ableitung von Gasen im Brandfall, noch um die Aufrechterhaltung der Relativlage gegen druckempfindlicher Bauteile der Kabelseele.

Vorzugsweise sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Vielzahl von Nuten bzw. Rippen in gleichen Abständen voneinander verteilt um den Umfang der Umhüllung vorgesehen. Der Querschnitt einer solchen Umhüllung ähnelt dann einem Zahnrad. Versuche haben gezeigt, daß eine solche Ausführungsform die besten Resultate liefert.

Vorzugsweise verläuft im Rahmen der Erfindung jede Nut parallel zur Längsachse des Kabels, obwohl im Prinzip,auch ein schraubenlinienförmig um die Achsrichtung des Kabels angeordneter Verlauf möglich wäre. Jede Rippe kann einen beliebigen Querschnitt haben.

Die in Radialrichtung des Kabelquerschnittes gemessene Tiefe der Nuten kann, doch muß nicht, für alle Nuten gleich sein. Diese Tiefe kann im Rahmen der Erfindung bis fast zum Innendurchmesser der Umhüllung reichen, vorzugsweise aber nur bis etwa 50% der Wanddicke der Umhüllung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen flammwidrigen Kabels ist dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und auch die Rippen durch Extrudieren unter Verwendung einer Matrize in einem Zuge zusammen mit der Umhüllung hergestellt werden. Dies ist eine einfache, rasche und kostengünstige Vorgangsweise.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Fig.1 zeigt einen Schnitt durch das Kabel normal zur Kabelachse, Fig.2 einen Schnitt entlang der Linie ll-ll der Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines flammwidrigen elektrischen Kabels hat vier Leiter 1 aus Kupfer, von denen jeder von einer Isolierhülle 2 aus Kunststoff umgeben ist. Jeder Leiter 1 bildet mit seiner Isolierhülle 2 eine Ader, wobei die einzelnen Adern miteinander in der Regel verseilt sind, was in Fig.2 der besseren Deutlichkeit halber nicht dargestellt ist. Das von den vier Adern 1,2 gebildete Paket ist mit einer Folie 3 umwickelt, die z.B. aus Metall, Kunststoff, Gewebe oder einer Kombination dieser Werkstoffe bestehen kann. Darüber liegt eine Umhüllung 4 aus Kunststoff, z.B. vernetztem oder unvernetz-tem Polyethylen oder Polypropylen, also elektrisch isolierendem Material, wobei dieses Umhüllungsmaterial mit flammhemmenden Zusätzen an sich bekannter Art, z.B. Aluminiumhydroxid, versehen ist und zur Vermeidung schädlicher Gase b2w. Dämpfe halogenfrei ist. Die Umhüllung 4 hat mehrere über ihren äußeren Umfang in gleichen Abständen verteilte Nuten 5 bzw. dazwischenliegende Rippen 6, die parallel zur Kabelachse 7 verlaufen. 3

Claims (6)

1. AT 398 498 B Die Umhüllung 4 mit ihren Rippen 6 ist von einer Schicht 8 umgeben, die von einem aufgewickelten Kupferband geringer Dicke gebildet ist. Diese Schicht 8 läßt die Nuten 5 im wesentlichen frei, wodurch diese Nuten 5 Kanäle bilden, durch welche Gase bzw. Dämpfe, die bei Erwärmung in der Umhüllung 4 entstehen können, in Längsrichtung des Kabels abgeleitet werden. Weiters kann das Material der Umhüllung 4, wenn es sich bei Erwärmung ausdehnt, in den von den Nuten 5 gebildeten Freiraum eintreten, wobei diese Nuten 5 ganz oder teilweise ausgefüllt werden. Hiedurch wird die Einwirkung zu großer Druckkräfte auf die von den Bauteilen 1 bis 3 gebildete Kabelseele vermieden. Als Folge ergibt sich in vorteilhafter Weise auch im schweren Brandfall ein im wesentlichen unveränderte gegenseitige geometrische Lage der Elemente der Kabeiseele, was in vielen Fällen erwünscht bzw. gefordert ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt, daß über der Schicht 8 eine weitere Umhüllung 9 liegen kann, die ebenfalls aus Kunststoff mit flammhemmenden Zusätzen besteht. Das Material dieser weiteren Umhüllung 9 kann, jedoch muß nicht, gleich jenem der inneren Umhüllung 4 sein. Die äußere Umhüllung 9 trägt an ihrer äußeren Oberfläche Nuten 10 bzw. Rippen 11, welche im gleichen Verfahren hergestellt sein können, wie die Nuten 5 bzw. Rippen 6 der inneren Umhüllung 4. Eine solche Ausführungsform ist vor allem dann günstig, wenn eine äußere Armierung 13, die z.B. aus Stahlbändern oder einem Kupfer- oder Aluminiumrohr bestehen kann und gegebenenfalls durch eine darunterliegende Lage 12, z.B. aus Folien oder Bändern, von der Umhüllung 9 getrennt ist, im Erwärmungs- oder Brandfall entstehende Gase und Dämpfe bzw. Überdruck nicht nach außen entweichen läßt. In der Praxis wird die Schicht 8, welche in der Regel aus einer metallenen Folie, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, besteht, schon bei der Herstellung etwas an den zahnradartigen Querschnitt der Umhüllung 4 angeformt. Im Brandfall wird dieser Effekt durch die Ausdehnung der äußeren Umhüllung 9 anfangs verstärkt, erst im Fortschreiten des Bandes dehnt sich auch die innere Umhüllung 4 aus und macht den erwähnten Effekt wieder teilweise rückgängig. Stets verbleiben jedoch vorgegebene Biege- bzw. Knickstellen an den Stellen der Rippen 6 der Umhüllung 4. Dadurch behält die Schicht 8 auch nach dem völligen Veraschen eine annähernd kreisrunde Form bei, was bei Kabeltypen erwünscht ist, bei denen es auf die Erhaltung der Form der Schicht 8 auch im Brandfall ankommt, z.B. bei Nachrichtenkabeln. In Radialrichtung des Kabelquerschnittes können die Nuten 5,10 fast bis zum Innendurchmesser der Umhüllung 4 bzw. 9 reichen. Je größer die Nuten 5 bzw. 10 sind, desto besser können sie den angestrebten Effekt erfüllen. Patentansprüche 1. Flammwidriges, insbesondere elektrisches Kabel, mit einer zumindest einen von einer Isolierhülle umgebenen Leiter aufweisenden Kabelseele, welche von zumindest einer Umhüllung aus Kunststoff umgeben ist, die sich bei Erhitzung ausdehnt, wobei für die Aufnahme dieser Ausdehnung die Umhüllung von Kanälen umgeben ist, deren Richtung eine in Längsrichtung des Kabels verlaufende wesentliche Komponente hat, und wobei über dieser Umhüllung zumindest eine Schicht mit im Vergleich zur Umhüllung geringem Dehnvermögen liegt, welche die Kanäle abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle von Nuten (5,10) im Material der Außenfläche der elektrisch nicht leitenden Umhüllung (4,9) gebildet sind, welche Nuten (5,10) von mit der Umhüllung (4,9) einstückigen Rippen (6,11) begrenzt sind, und daß dem Kunststoff der Umhüllung (4,9) der mehradrigen Kabelseele, welche Umhüllung (4,9) zusätzlich zu den die Leiter (1) umgebenden Isolierhüllen (2) vorgesehen ist, zumindest ein flammenhemmender Zusatz, z.B. Aluminiumhydroxid beigesetzt ist, wobei die Nuten (5,10) in Längsrichtung des Kabels verlaufende Ableitkanäle für von der Umhüllung (4,9) bei Erhitzung abgegebene Gase bzw. Dämpfe bilden.
2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut (5,10) parallel zur Längsachse (7) des Kabels verläuft.
3. 3. Kabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Nuten (5,10) bzw. Rippen (6,11), in gleichen Abständen voneinander, verteilt um den Umfang der Umhüllung (4.9) vorgesehen ist.
4. 4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (4,9) aus halogenfreiem, unvernetzten thermoplastischem Kunststoff besteht.
5. 5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine über der Umhüllung (4.9) liegende Schicht ( 8 bzw. 12 bzw. 13) ein gewickeltes metallenes Band, z.B. ein Kupferband und 4 AT 398 498 B bzw. oder ein unbrennbares Gewebeband, z.B. ein Glasgewebeband, aufweist.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines brandbeständigen Kabels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und auch die Rippen durch Extrudieren mittels einer Matrize in einem Zuge zusammen mit der jeweiligen Umhüllung hergestellt werden. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5