DE102015009409A1 - Electrical cable containing thermochromic substances insulating layer and method for its preparation - Google Patents

Electrical cable containing thermochromic substances insulating layer and method for its preparation Download PDF

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Abstract

Elektrische Kabel bestehen im allgemeinen aus einem metallischen Leiter, der von einer isolierenden Komponente vorzugsweise aus Kunststoff umhüllt ist. Infolge fehlerhafter Verwendung, Verschleiß und Alterserscheinungen elektrischer Kabelsysteme sind oftmals Kabelüberhitzungen mit folgenden technischen Schäden nicht zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich deshalb auf elektrische Kabel, die in oder auf ihrer Isolierummantelung einen oder mehrere farbliche Temperaturanzeiger enthalten, die insbesondere beim Erreichen einer für deren Benutzung gefährlichen Kabeltemperatur ihre vorzugsweise für das menschliche Auge erkennbare Farbe wechseln.Electrical cables generally consist of a metallic conductor, which is surrounded by an insulating component, preferably made of plastic. Due to incorrect use, wear and aging of electrical cable systems are often cable overheating with the following technical damage unavoidable. The present invention therefore relates to electrical cables which contain one or more color temperature indicators in or on their insulating jacket which, in particular when they reach a dangerous cable temperature for their use, change their color, which is preferably recognizable to the human eye.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Kabel, die in oder auf ihrer Isolierummantelung einen oder mehrere farbliche Temperaturanzeiger enthalten, die insbesondere beim Erreichen einer für deren Benutzung gefährlichen Kabeltemperatur ihre für das menschliche Auge erkennbare Farbe wechseln.The present invention relates to electrical cables which contain one or more color temperature indicators in or on their insulating jacket which, in particular when they reach a dangerous cable temperature for their use, change their color recognizable to the human eye.

Elektrische Kabel müssen laut bestehenden Industrienormen zwar einen dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechenden festen Mindestquerschnitt besitzen, um den Spannungsabfall infolge des elektrischen Widerstands klein zu halten. Außerdem verringert ein nach Vorschrift genügend großer Kabelquerschnitt die Überhitzungsgefahr mit möglichem Kabelbrand. Trotzdem sind infolge fehlerhafter Verwendung oftmals Kabelüberhitzungen und möglicherweise darauf folgende Kabelbrände nicht zu vermeiden. Verschleiß und Alterserscheinungen elektrischer Kabelsysteme sind oftmals eine weitere Ursache für solche technische Schäden und schwere Unfälle.Although electrical cables must, according to existing industry standards, have a fixed minimum cross section corresponding to the respective intended use in order to minimize the voltage drop as a result of the electrical resistance. In addition, a sufficiently large cable cross section reduces the risk of overheating with possible cable fire. Nevertheless, due to incorrect use often cable overheating and possibly subsequent cable fires are unavoidable. Wear and aging of electrical cable systems are often another cause of such technical damage and serious accidents.

Es gibt bereits Kunststoffmassen für die Ummantelung von Kabeln, die bei einer erhöhten Temperatur keramisieren und so einen Brandschutz bieten ( DE 103 29 117 ).There are already plastic materials for the sheathing of cables, which ceramize at an elevated temperature and thus provide fire protection ( DE 103 29 117 ).

Weiterhin gibt es Stromkabel, deren Isoliermantel aus mehreren formschlüssig mit einander verbundenen Kunststoffschichten bestehen und einen höheren Hitzeschutz bieten können ( DE 36 32 883 ).Furthermore, there are power cables whose insulating jacket consist of several positively connected with each other plastic layers and can provide a higher heat protection ( DE 36 32 883 ).

Außerdem gibt es Kabelschutzhüllen mit einer das Kabel umschließenden Schicht, die ein bei Einwirkung von Hitze aufschäumendes Brandschutzmittel enthalten ( DE 202 05 505 U ).In addition, there are cable protection sheaths with a layer enclosing the cable which contain a fire-protection agent which foams when acted upon by heat ( DE 202 05 505 U ).

Bei stationären Kabelverbindungen, insbesondere Elektroinstallationen in Gebäuden, gibt es bereits eine Mehrzahl von Erkennungshilfen für erwärmte Kabel wie zum Beispiel Wärmebildkameras. Als Sicherungsmaßnahmen gegen Überlastung müssen schon seit langem Schutzeinrichtungen wie Leitungsschutzschalter oder Schmelzsicherungen eingebaut sein.For stationary cable connections, in particular electrical installations in buildings, there are already a large number of detection aids for heated cables, such as thermal imaging cameras. Protective measures such as circuit breakers or fuses must have been installed for a long time to protect against overloading.

Diese Sicherungshilfen sind jedoch oft zu schwer oder zu voluminös und für den Laien oftmals auch nicht leicht zu erkennen und zu bedienen. Außerdem stellen sie keine einfachen Warnvorrichtungen dar, die im visuellen Bereich eine hohe Kabeltemperatur anzeigen.However, these backup devices are often too heavy or too voluminous and often not easy for the layman to recognize and operate. In addition, they are not simple warning devices that indicate high cable temperature in the visual field.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine mit dem menschlichen Auge leicht zu identifizierende und leicht zu bedienende Temperaturüberwachung für elektrische Kabel zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide an easy to identify with the human eye and easy to use temperature monitoring for electrical cables.

Zur Lösung dieser Aufgabe bieten sich Indikatormaterialien an, die ein optisches Emissionsspektrum haben, welches unter Ansprechen auf eine Temperatur des entsprechenden Bauelements, hier der isolierenden Kabelummantelung, variiert und im farblichen Sehbereich des Menschen liegt.To achieve this object, indicator materials are available which have an optical emission spectrum which varies in response to a temperature of the corresponding component, in this case the insulating cable sheath, and is within the range of visual range of humans.

Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung somit einen thermochromen Temperaturanzeiger dar für das elektrische Kabel, insbesondere dessen isolierende Kabelummantelung.In general, the present invention thus provides a thermochromic temperature indicator for the electrical cable, in particular its insulating cable sheath.

Die Erfindung wird an dem folgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein thermochromes Material eine Komponente eines elektrischen Kabels und ist insbesondere in dessen isolierender Kunststoffschicht eingebracht oder an deren Oberfläche aufgebracht. Das anzeigende Material unterliegt vorzugsweise einer sichtbaren Farbänderung bei einer Temperatur oder einem Temperaturbereich, die oder der für die Leistungsfähigkeit des Produkts oder der Sicherheit desselben als schädlich erachtet wird, und gibt einen Warnhinweis, dass eine Änderung oder Anpassung der Betriebsbedingungen notwendig ist. Zum Beispiel kann wie bereits erwähnt eine übermäßige Hitzeeinwirkung auf das Kabel zu einem Kabelbrand führen. Im einfachsten Fall kann das thermochrome Material bereits mit dem isolierenden Kunststoff vor der Ummantelung des metallischen Leiters vermischt sein. Die Stabilitätstemperatur des thermochromen Materials sollte dabei über der Schmelztemperatur des verwendeten Kunststoffs liegen.The invention will be explained in more detail in the following exemplary embodiment:
According to the present invention, a thermochromic material is a component of an electrical cable and is in particular incorporated in the insulating plastic layer or applied to the surface thereof. The indicating material is preferably subject to a visible color change at a temperature or temperature range deemed to be detrimental to the performance or safety of the product and provides a warning that a change or adjustment of operating conditions is necessary. For example, as previously mentioned, excessive heat exposure to the cable may result in a cable fire. In the simplest case, the thermochromic material may already be mixed with the insulating plastic in front of the sheath of the metallic conductor. The stability temperature of the thermochromic material should be above the melting temperature of the plastic used.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das thermochrome Material gegebenenfalls auch mikroverkapselt sein. Eine Mikroverkapselung des thermochromen Materials ergibt verschiedene Änderungen wie beispielsweise eine verbesserte Handhabung des verkapselten Materials. Es ist vorgesehen, dass das thermochrome Material in dünnen, transparenten plastischen, sphärischen oder ähnlich geformten Hüllen verkapselt ist. Der Durchmesser der mikroverkapselten Teilchen aus thermochromem Material kann in Abhängigkeit von dem Verkapselungsverfahren von weniger als 1 μm bis zu mehreren hundert μm reichen.Optionally, the thermochromic material may also be microencapsulated according to the present invention. Microencapsulation of the thermochromic material results in various changes such as improved handling of the encapsulated material. It is envisaged that the thermochromic material is encapsulated in thin, transparent plastic, spherical or similarly shaped envelopes. The diameter of the microencapsulated particles of thermochromic material may range from less than 1 μm to several hundred μm, depending on the encapsulation process.

Das Mikroverkapselungsmaterial kann ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer sein. In den Anwendungen, in denen das thermochrome Material in das isolierende Material des Kabels eingearbeitet ist, wird es bevorzugt, dass die Glasübergangstemperatur des Verkapselungsmaterials höher ist als die Härtungstemperatur der Isolierschicht des Kabels. Die Verwendung eines Mikroverkapselungsmaterials kann auch die Verwendung eines Ultraviolett-Stabilisators erlauben, um eine Verschlechterung des thermochromen Materials durch Sonnenlicht zu verhindern.The microencapsulating material may be a thermoplastic or thermosetting polymer. In applications where the thermochromic material is incorporated into the insulating material of the cable, it is preferred that the glass transition temperature of the encapsulant be higher than the cure temperature of the insulating layer of the cable. The use of a microencapsulating material may also allow the use of an ultraviolet stabilizer to provide a Deterioration of the thermochromic material due to sunlight.

In einem Beispiel ändert das thermochrome Material auf reversible Weise die Farbe bei einer vorgeschriebenen Temperatur oder einem vorgeschriebenen Temperaturbereich. In einem anderen Beispiel ist die durch das thermochrome Material aufgezeigte Farbänderung irreversibel, insbesondere in solchen Situationen, in denen die Temperatur auf einen Grad ansteigen kann, bei dem wahrscheinlich eine permanente Schädigung des Isolierungsmaterials des Kabels verursacht wird. In einem anderen Beispiel wird ein thermochromes Material verwendet, das einer reversiblen Farbänderung bei einer niedrigeren vorgeschriebenen Temperatur oder einem niedrigeren vorgeschriebenen Temperaturbereich und einer irreversiblen Farbänderung bei einer höheren Temperatur unterliegt.In one example, the thermochromic material reversibly changes color at a prescribed temperature or a prescribed temperature range. In another example, the color change exhibited by the thermochromic material is irreversible, particularly in those situations where the temperature may rise to a level likely to cause permanent damage to the insulation material of the cable. In another example, a thermochromic material is used that undergoes a reversible color change at a lower prescribed temperature or lower prescribed temperature range and an irreversible color change at a higher temperature.

Das thermochrome Material, das als Temperaturanzeiger des Kabels wirkt, kann in die isolierende Schicht des Kabels zudem auf verschiedenartige Weisen eingearbeitet sein. Das thermochrome Material kann weiterhin die isolierende Schicht des Kabels selbst darstellen.The thermochromic material, which acts as a temperature indicator of the cable, can also be incorporated into the insulating layer of the cable in various ways. The thermochromic material may further constitute the insulating layer of the cable itself.

Neben der erwähnten einfachen Vermischung mit dem gesamten Isoliermaterial kann es als Streifen oder Flecken oder Punkte oder in Form anderer geometrischer Bilder oder als Buchstaben und Zahlen ein- oder aufgebracht sein.In addition to the mentioned simple mixing with the entire insulating material, it can be on or applied as stripes or spots or dots or in the form of other geometric images or as letters and numbers.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die einfache optische Überwachung der Kabeltemperaturen von sichtbaren elektrischen Kabeln während ihrer Verwendung. Bei bereits verwendeten Kabeln ist zudem eine Nachrüstung mit thermochromes Material enthaltenden Klebestreifen oder Haftstreifen möglich. Die Farbänderung durch Temperaturänderung der Kabel kann auch photometrisch erfasst und ausgewertet werden.The present invention allows easy optical monitoring of the cable temperatures of visible electrical cables during their use. In the case of cables already in use, it is also possible to retrofit adhesive strips or adhesive strips containing thermochromic material. The color change due to temperature change of the cables can also be detected and evaluated photometrically.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 3632883 [0004] DE 3632883 [0004]
  • DE 20205505 U [0005] DE 20205505 U [0005]

Claims (15)

Elektrisches Kabel bestehend aus einem metallischen Leiter und einer denselben umhüllenden isolierenden Komponente vorzugsweise aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass diese das leitende Material umhüllende Komponente eine oder mehrere deren Temperatur oder einen Temperaturwechsel anzeigende thermochrome Zusammensetzung beinhaltet oder selbst aus ihr besteht, so dass sie beim Erhitzen des Kabels durch Farbänderung als Warnindikator dient.Electrical cable consisting of a metallic conductor and an insulating component preferably surrounding it, preferably made of plastic, characterized in that this component enclosing the conductive material contains or consists of one or more thermochromic compositions indicating its temperature or a temperature change, so that when heated of the cable by color change serves as a warning indicator. Elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung unter den Bedingungen der Herstellung des Kabels, insbesondere der Kunststoffummantelung, stabil ist.Electrical cable according to claim 1, characterized in that the thermochromic composition is stable under the conditions of manufacture of the cable, in particular the plastic jacket. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung auf der Oberfläche des Kabels angebracht ist.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition is mounted on the surface of the cable. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung die Farbe bei einer vorbestimmten Temperatur reversibel ändert.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition reversibly changes the color at a predetermined temperature. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung die Farbe bei einer vorbestimmten Temperatur irreversibel ändert.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition irreversibly changes the color at a predetermined temperature. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung mit einem thermoplastischen oder duroplastischen Polymer verkapselt ist, wobei das Polymer eine Glasübergangstemperatur hat, die höher als die Härtungstemperatur des Isoliermaterials des Kabels ist.An electrical cable according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition is encapsulated with a thermoplastic or thermosetting polymer, the polymer having a glass transition temperature higher than the curing temperature of the insulating material of the cable. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikroverkapselte thermochrome Zusammensetzung Teilchen mit einem Durchmesser von einem bis mehreren hundert Mikrometern umfasst.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the microencapsulated thermochromic composition comprises particles with a diameter of one to several hundred micrometers. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung in bestimmten geometrischen oder graphischen Formen auf der Isolierung des Kabels angebracht ist.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition is mounted in certain geometrical or graphic forms on the insulation of the cable. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung nur in bestimmten auf die Längsrichtung des Kabels bezogenen Abschnitten ein- oder aufgebracht ist.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition one only in particular related to the lengthwise direction of the cable sections or applied. Elektrisches Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung so ausgewählt und ein- oder aufgebracht ist, dass die Farbänderung des Kabels photoelektrisch erfassbar und auswertbar ist.Electrical cable according to one of the preceding claims, characterized in that the thermochromic composition is selected and applied or applied so that the color change of the cable is photoelectrically detectable and evaluable. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels bestehend aus einem metallischen Leiter und einer denselben umhüllenden isolierenden Komponente vorzugsweise aus Kunststoff, dadurch gezeichnet, dass in die das leitende Material umhüllende Komponente oder auf deren Oberfläche eine oder mehrere die Kabeltemperatur oder einen Temperaturwechsel anzeigende thermochrome Zusammensetzung ein- oder aufgebracht wird.A method for producing an electrical cable consisting of a metallic conductor and an insulating component preferably surrounding it, preferably drawn from plastic, characterized in that in the conductive material enclosing component or on the surface of one or more the cable temperature or a temperature change indicating thermochromic composition on or is applied. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ein- oder aufgebrachten thermochromen Zusammensetzung um ein seine Farbe bei einer bestimmten Temperatur reversibel änderndes Material handelt.Process according to Claim 11, characterized in that the thermochromic composition applied or applied is a material reversibly changing its color at a given temperature. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ein- oder aufgebrachten thermochromen Zusammensetzung um ein seine Farbe bei einer bestimmten Temperatur irreversibel änderndes Material handelt.A method according to claim 11, characterized in that it is in the applied or applied thermochromic composition is a material irreversibly changing its color at a certain temperature. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung mit einem thermoplastischen oder duroplastischen Polymer verkapselt wird, wobei das Polymer eine Glasübergangstemperatur hat, die höher als die Härtungstemperatur des Isoliermaterials des Kabels ist.A method according to claim 11, characterized in that the thermochromic composition is encapsulated with a thermoplastic or thermosetting polymer, the polymer having a glass transition temperature which is higher than the curing temperature of the insulating material of the cable. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochrome Zusammensetzung so ausgewählt und ein- oder aufgebracht wird, dass die Farbänderung des Kabels photoelektrisch erfassbar und auswertbar ist.A method according to claim 11, characterized in that the thermochromic composition is selected and applied or applied so that the color change of the cable is photoelectrically detectable and evaluable.
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