An Kabel für elektrische Leitungen in Schienenfahrzeugen und Schiffen werden höhere Anforderungen gestellt als an die normalerweise für Installationen verwendeten Kabel.
Die Kabel müssen gegen Öle, wie Dieselöle, Transformatorenöle oder Schmieröle, beständig sein. Die Isolationen der Kabel dürfen unter dem Druck einer Bride oder einer Anschlussklemme bei den hohen Temperaturen, die in der Nähe der Maschinen bzw. Motoren erreicht werden, nicht wegfliessen oder sich stark deformieren. Die auftretenden grossen Überlastungen stellen hohe Anforderungen an die thermische Dauerbeständigkeit der Isoliermaterialien und an die Temperaturunabhängigkeit ihrer Eigenschaften, z. B. der elektrischen Durchschlagfestigkeit und der mechanischen Eigenschaften.
Die Betriebssicherheit ist im Hinblick auf die Menschen und wertvollen Ladungen, die von Transportfahrzeugen und Schiffen befördert werden, von überragender Bedeutung.
Die in diesen Beförderungsmitteln verwendeten Kabel sollen nicht brennbar sein, damit sie auch im Falle eines Brandes in ihrer Umgebung ihre Aufgabe erfüllen.
Da der Raum in Triebfahrzeugen und in Schiffen knapp ist, ist die Verwendung eines Kabels um so vorteilhafter, je weniger Raum es beansprucht. Je kleiner der Durchmesser eines Kabels für einen bestimmten Zweck gehalten werden kann, desto günstiger ist seine Verlegung. Ferner ist die Biegsamkeit eines Kabels für die Montage wichtig, da es ohne Verwendung von Spezialmaschinen um relativ kleine Radien gebogen werden können muss. Die Biegsamkeit wird durch eine geringe Dicke der Isolation begünstigt; es ist besonders vorteilhaft, wenn bestimmte Schichten innerhalb der Isolation aneinander vorbeigleiten können.
Elektrische Kabel für Eisenbahnfahrzeuge müssen noch bei Temperaturen von -30 "C betriebstüchtig sein und dürfen auch bei so tiefen Temperaturen an Biegungsstellen nicht rissig werden. Bei Kabeln für Schiffe werden hingegen an die Feuchtigkeitsbeständigkeit hohe Anforderungen gestellt.
Bisher wurden für Transportfahrzeuge und Schiffe Kabel nach den Vorschriften des internationalen Eisenbahnverbandes UIC zugelassen. Ein solches Kabel besteht beispielsweise aus einem Leiter, der eine Umspinnung aus Baumwolle und darüber nacheinander eine Isolation aus Butylkautschuk, die mit einer mit einem Band umwickelten Trennfolie abgedeckt ist, und eine imprägnierte Umflechtung trägt.
Wegen der Verwendung von Butylkautschuk kann dieses Kabel nicht für 100 "C wesentlich übersteigende Temperaturen verwendet werden. Gerade in Eisenbahntriebfahrzeugen wurde aber die Betriebstemperatur der Motoren immer stärker erhöht. In den meisten Ländern werden heute die Motoren für Eisenbahntriebfahrzeuge für die Klasse H ausgelegt, wobei nach den Vorschriften der Internationalen Elektrotech.
nischen Kommision GEI No. 349 Temperaturen bis 220 "C im heissesten Punkt der Wicklung auftreten können.
An sich könnte eine höhere Temperaturbeständigkeit durch Verwendung von Silikonkautschuk anstelle von Butylkautschuk erzielt werden, aber wegen der ungenügenden Ölbeständigkeit des Silikonkautschuks ist dies unmöglich.
Wenn der Silikonkautschuk unter dem Einfluss von Öl quellen würde, könnten entweder etwaige ihn umgebende Hüllen zerstört werden, oder die Umspinnung könnte in die mechanisch geschwächte Isolation eindringen.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist, für die oben genannten Zwecke, d. h. für verschie dene Spannungen, gut geeignete Kabel herzustellen.
Das erfindungsgemässe biegsame, unbrennbare Verbindungskabel, geeignet insbesondere für Transportfahrzeuge und Schiffe, ist dadurch gekennzeichnet, dass auf eine flexible Kupferlitze abwechselnd a) jeweils mindestens zwei Lagen eines mit nach der Härtung flexibel bleibendem klebendem Silikonharz imprägnierten Bandes aus Glimmerpapier und Glasgewebe schraubenförmig aufgewickelt sind und b) auf diese ersten Lagen jeweils eine Lage aus einer Kunststoffolie, deren sich überlappende Bereiche miteinander verklebt sind, aufgewickelt ist, dass auf die äusserste Kunststoffolienlage eine Schrumpfgarnumflechtung aufgebracht ist und dass die Schrumpfgarn umflechtung mit einer Schutzschicht versehen ist, die die Isolation gegen mechanische Einflüsse und Wasserzutritt schützt.
Das erfindungsgemässe Kabel eignet sich auch für das Verlegen von elektrischen Leitungen in Hochhäusern und Kernkraftwerken und für unbrennbare Telephonleitungen.
Im Falle von Bränden ist es umweltfreundlich, da es keine giftigen oder korrodierend wirkenden Gase abgibt, wie dies z. B. bei Polyvinylchlorid der Fall ist, das Chlorwasserstoff abspaltet.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbindungskabels ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 ist eine flexible Kupferlitze 1 mit mehreren Lagen 2a eines Bandes aus Glimmerpapier und Glasgewebe schraubenlinienförmig bewickelt. Das Band ist mit einem klebenden Silikonharz, das im gehärteten Zustand flexibel bleibt, imprägniert. Die Anzahl der Lagen richtet sich nach der erforderlichen Prüfspannung. Die Lagen können gleichoder gegenläufig, gestossen oder überlappt aufgewickelt werden.
Als klebendes Silikonharz, das im B-Zustand, d. h. im ungehärteten Zustand, zum Imprägnieren verwendet wird, eignen sich Silikonharze, wie sie für Selbstklebebänder verwendet werden, z. B. die Markenprodukte SR 520, SR 527 und SR 585 von General Electric Company oder Rhodorsil 4020 und 4085 von Usines Chimiques Rhöne-Poulenc. Wichtigster Bestandteil dieser Produkte scheint Tetrakis-(trimethylsilyl)-sili- kat der Formel Si[OSi(CH3)3]4 zu sein. Schichtstoffharze oder geschmeidige Harze kommen nicht in Betracht. Das Silikonharz durchdringt das Flächengebilde und das Glimmerpapier und bewirkt unter dem Einfluss von Druck und Wärme eine Verschmelzung der Lagen. Es macht im allgemeinen ca.
30 Gew;O/o des Bandes aus. Das Band hat normalerweise eine Dicke von ca. 0,15 mm, z. B. 0,16 mm.
Auf mindestens zwei Lagen 2a dieses Bandes ist eine Lage 3a aus einer vorzugsweise bei mindestens 300 "C temperaturbeständigen Kunststoffolie, z. B. halb überlappt, aufgewickelt; für diesen Zweck kommen im allgemeinen ca.
0,0025 mm dicke Folien aus Polyestern, z. B. Polyäthylenterephthalat, Polyäthylennaphthalat, Polycarbonaten oder Cellu loseacetat, Polyimiden oder Polyhydantoinen in Betracht.
Die Folienlagen dienen als innere Gleitschichten, verbessern die Flexibilität und machen die Isolierung wasser- und gasdicht. Die Verklebung der sich überlappenden Bereiche der Kunststoffolien kann durch geeignete bei Raumtemperatur Idebfreie Kleber erfolgen, die in der Wärme erweichen und die Folie durch chemische Reaktion dauernd verkleben. Geeignete Kleber z. B. auf Isocyanat-, Esterimid- oder Epoxidharzbasis sind dem Fachmann bekannt und im Handel erhältlich.
Auf die Kunststoffolienlage 3a folgen wiederum mindestens zwei Lagen 2b aus dem mit Silikonharz imprägnierten Band und eine Kunststoffolienlage 3b und immer so weiter itr Wechsel. Auf die äusserste Kunststoffolienlage (in Fig. 1 mit 3b bezeichnet) folgt eine Umflechtung 4 aus thermisch schrumpfbarem Garn, z. B. ein Schrumpfschlauch aus Polyestergarn. Diese Umflechtung wird vorzugsweise mit einem hochtemperaturbeständigen Kunstharzlack, wie Isocyanatlacke oder dergleichen überlackiert, um die Oberfläche des Kabels glatt und abreibefest zu machen, das Anhaften von Staub und Schmutz zu verhindern und die für das Verlegen erforderliche Gleitfähigkeit zu erzielen.
Da die Isolation des beschriebenen Verbindungskabels keine Elastomere, wie Butylkautschuk oder Silikonkau t schuk, enthält, hat sie einen verhältnismässig hohen Glimmer gehalt und kann für eine gegebene Spannung dünner gewählt werden als eine herkömmliche Elastomerisolation.
Die folgende Tabelle und Fig. 2 der Zeichnung erlauben einen Vergleich von erfindungsgemässen Kabeln (Kurve B) mit den oben erwähnten bekannten Kabeln (Kurve A), die den Vorschriften des internationalen Eisenbahnverbandes UIC entsprechen:
Tabelle Nenn- Bekanntes Kabel Kabel nach Fig. 1 quer- Zulässige Mlttlerer Zulässige Mittlerer schnitt Strombe- Aussendurch- Strombe- Aussendurch- (mm2) lastung (A) messer (mm) lastung (A) messer (mm) messer
2,5 18 6,7 25 7,2
6,0 31 7,9 50 8,6
16,0 75 10,7 100 10,6
35,0 150 15,1 200 14,0
70,0 250 19,4 310 17,5 120,0 385 23,7 435 22,0
Aus diesen Werten, die in Fig.
2 graphisch dargestellt sind, ergibt sich, dass bei einem gegebenen Nennquerschnitt die zulässige Strombelastung für ein erfindungsgemässes Kabel um 25 bis 40ovo höher sein kann als bei dem bekannten Kabel und dass bei den höheren Nennquerschnitten auch der Aussendurchmesser des erfindungsgemässen Kabels trotz der höheren zulässigen Strombelastung kleiner sein kann als bei dem bekannten Kabel. Dadurch wird das Kabel biegsamer. Da bekanntlich in erster Linie Kabel mit grösseren Nennquerschnitten verwendet werden, ist auch die Platzeinsparung in den Kabelkanälen erheblich.
Da das beschriebene Verbindungskabel fast kein brennbares Material enthält, besteht es die in den einschlägigen Normen vorgeschriebenen Brennbarkeitsprüfungen, z. B. für Eisenbahnfahrzeuge nach UIC-Kodex 895 VE oder für Schiffe nach den Lloyds-Vorschriften, und auch die Spannungsprüfung in Wasser nach den Lloyds-Vorschriften sowie die Prüfungen in der Kälte nach den obigen Normen.
More stringent requirements are placed on cables for electrical lines in rail vehicles and ships than on the cables normally used for installations.
The cables must be resistant to oils such as diesel oils, transformer oils or lubricating oils. The insulation of the cables must not flow away or become severely deformed under the pressure of a clamp or a connection terminal at the high temperatures that are reached in the vicinity of the machines or motors. The large overloads that occur place high demands on the thermal endurance of the insulating materials and the temperature independence of their properties, e.g. B. the dielectric strength and the mechanical properties.
Operational safety is of paramount importance with regard to the people and valuable cargoes carried by transport vehicles and ships.
The cables used in these means of transport should not be flammable so that they can also do their job in the event of a fire in their vicinity.
Since space in locomotives and ships is scarce, the less space it takes up, the more advantageous the use of a cable is. The smaller the diameter of a cable can be kept for a specific purpose, the cheaper it is to lay it. Furthermore, the flexibility of a cable for assembly is important, since it must be able to be bent around relatively small radii without the use of special machines. The flexibility is favored by a small thickness of the insulation; it is particularly advantageous if certain layers can slide past one another within the insulation.
Electrical cables for railroad vehicles must still be operational at temperatures of -30 "C and must not crack at bending points even at such low temperatures. In the case of cables for ships, on the other hand, high demands are made on moisture resistance.
So far, cables have been approved for transport vehicles and ships according to the regulations of the international railway association UIC. Such a cable consists, for example, of a conductor which is wrapped in cotton and, one after the other, an insulation made of butyl rubber, which is covered with a separating film wrapped with a tape, and an impregnated braid.
Because of the use of butyl rubber, this cable cannot be used for temperatures significantly exceeding 100 "C. However, the operating temperature of the engines has been increased more and more, especially in railroad vehicles. In most countries today, the engines for railroad vehicles are designed for class H, whereby according to the regulations of International Electrotech.
niche commission GEI No. 349 Temperatures of up to 220 "C can occur in the hottest point of the winding.
As such, a higher temperature resistance could be achieved by using silicone rubber instead of butyl rubber, but this is impossible because of the insufficient oil resistance of the silicone rubber.
If the silicone rubber were to swell under the influence of oil, either any sheaths surrounding it could be destroyed or the wrapping could penetrate the mechanically weakened insulation.
It has now surprisingly been found that it is possible for the purposes mentioned above, i. H. for different voltages to produce suitable cables.
The flexible, non-flammable connection cable according to the invention, particularly suitable for transport vehicles and ships, is characterized in that a) at least two layers of a tape made of mica paper and glass fabric, impregnated with adhesive silicone resin that remains flexible after curing, are alternately wound onto a flexible copper braid and b ) on each of these first layers a layer of a plastic film, the overlapping areas of which are glued together, is wound, that a shrink yarn braiding is applied to the outermost plastic film layer and that the shrink yarn braiding is provided with a protective layer which provides insulation against mechanical influences and Protects the ingress of water.
The cable according to the invention is also suitable for laying electrical lines in high-rise buildings and nuclear power plants and for incombustible telephone lines.
In the event of a fire, it is environmentally friendly because it does not give off any toxic or corrosive gases, such as B. is the case with polyvinyl chloride, which splits off hydrogen chloride.
An embodiment of the connecting cable according to the invention is shown in FIG. 1 of the drawing.
In Fig. 1, a flexible copper braid 1 is wound helically with several layers 2a of a strip of mica paper and glass fabric. The tape is impregnated with an adhesive silicone resin that remains flexible when cured. The number of layers depends on the required test voltage. The layers can be wound in the same direction or in opposite directions, butted or overlapped.
As an adhesive silicone resin which is in the B-stage, i.e. H. in the uncured state, is used for impregnation, silicone resins such as those used for self-adhesive tapes are suitable, e.g. B. the branded products SR 520, SR 527 and SR 585 from General Electric Company or Rhodorsil 4020 and 4085 from Usines Chimiques Rhone-Poulenc. The most important component of these products appears to be tetrakis (trimethylsilyl) silicate of the formula Si [OSi (CH3) 3] 4. Laminate resins or flexible resins are not suitable. The silicone resin penetrates the surface structure and the mica paper and, under the influence of pressure and heat, causes the layers to fuse. It generally makes approx.
30% by weight of the tape. The tape typically has a thickness of about 0.15 mm, e.g. B. 0.16 mm.
On at least two layers 2a of this tape a layer 3a made of a plastic film that is preferably temperature-resistant at at least 300 "C is wound, e.g. half-overlapped; for this purpose approx.
0.0025 mm thick films made of polyesters, e.g. B. polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonates or Cellu loseacetat, polyimides or polyhydantoins into consideration.
The film layers serve as inner sliding layers, improve flexibility and make the insulation water and gas tight. The overlapping areas of the plastic films can be bonded using suitable adhesives which are free from room temperature and which soften in the heat and permanently bond the film through chemical reaction. Suitable glue e.g. B. isocyanate, esterimide or epoxy resin based are known to those skilled in the art and are commercially available.
The plastic film layer 3a is in turn followed by at least two layers 2b made of the tape impregnated with silicone resin and a plastic film layer 3b and so on, alternating. The outermost layer of plastic film (designated by 3b in FIG. 1) is followed by a braid 4 made of thermally shrinkable yarn, e.g. B. a shrink tube made of polyester yarn. This braiding is preferably coated over with a high-temperature-resistant synthetic resin lacquer, such as isocyanate lacquer or the like, in order to make the surface of the cable smooth and abrasion-resistant, to prevent dust and dirt from adhering and to achieve the lubricity required for laying.
Since the insulation of the connecting cable described does not contain any elastomers such as butyl rubber or silicone rubber, it has a relatively high mica content and can be selected thinner than conventional elastomer insulation for a given voltage.
The following table and Fig. 2 of the drawing allow a comparison of cables according to the invention (curve B) with the above-mentioned known cables (curve A), which correspond to the regulations of the international railway association UIC:
Table Nominal Known cable Cable according to Fig. 1 transversely Permissible average Permissible average section Current load Outer diameter Current load Outer diameter (mm2) load (A) knife (mm) load (A) knife (mm) knife
2.5 18 6.7 25 7.2
6.0 31 7.9 50 8.6
16.0 75 10.7 100 10.6
35.0 150 15.1 200 14.0
70.0 250 19.4 310 17.5 120.0 385 23.7 435 22.0
From these values, which are shown in Fig.
2, it follows that for a given nominal cross-section, the permissible current load for a cable according to the invention can be 25 to 40ovo higher than for the known cable and that with the higher nominal cross-sections, the outer diameter of the cable according to the invention is also smaller despite the higher permissible current load can be than with the known cable. This makes the cable more flexible. Since it is known that cables with larger nominal cross-sections are primarily used, the space savings in the cable ducts are also considerable.
Since the connecting cable described contains almost no flammable material, it passes the flammability tests prescribed in the relevant standards, e.g. B. for railway vehicles according to UIC code 895 VE or for ships according to the Lloyds regulations, and also the voltage test in water according to the Lloyds regulations as well as the tests in the cold according to the above standards.