DE1640009A1 - Kabelabschirmung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

Sch/J.« Case 12

THIS EOV? CiESMICAL COMPANY, Kidland, Michigan, U,S.A

Kabelabsohirmung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Kabelab3ehiriaungselement, daa zur Herstellung von Naohriehtenkabeln verwendet wird* und bezieht 3ich auf Kabel« welche ein derartiges Ab· aohirrauiigsalemsnt aufweisen«

Das erfindungsgemäße Kabalabschlrmungseleinent besteht aus wenigstens einer Aluminium- oder Kupferschlaht, die haftend mit wenigstens einer Seite einer Schicht aus einem eisenhaltigen Metall über eine Zwischenschicht aus einer leitenden Masse verbunden ist» die aus einem Polymerisat aus Ethylen und einer Kthyleniech ungesättigten Carbonsäure, welche RuS, vorzugsweise in einer Menge von 25 biß 50 <3ew.#, bezogen auf daa Gesamtgewicht der fiaese, enthält, besteht» Kabel« bei denen

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dieses neue Abschirmungselement verwendet wird, besteher, im allgemeinen (l) aus einer Seele aus wenigstens einem isolierten Leiter, (2) dem srfindungsgemMßen Kabelabschirmungselement« welches die Seele umgibt« und (3) einer äußeren Ummantelung aus einem thermoplastischen Material, welche die äußere Metallschicht des Absehir.mungselementes umgibt.

Der Zweck der Verwendung der leitenden Polymerisatsohioht zwischen den Metallbändern des aus vielen Metallen bestehenden Schichtstoffes besteht darin, den kürzesten leitenden Weg durch alle Metallschichten des Schichtstoffes zu ermöglichen, wenn ein Strom in die äußere Bandschicht eingeführt wird. Eine derartige Konstruktion ermöglicht eine Abschirmung, die einen maximalen Wirkungsgrad garantiert, da sich der Leitwert der geschichteten Abschirmung gegenüber Jedem Strom dem größeren Leitwert der verschiedenen Bänder in paralleler Richtung anstatt dem geringeren Leitwert des einzelnen Bandes, in welches der Strom eingeführt wird, nähert.

Die beigefügte Zeichnung erläutert die Typen der verbesserten Kabelabschirmungselemente und zeigt Beispiele für Kabel, bei denen diese Abschirmungselemente verwendet werden. Die Figuren der Zeichnung sind schematisch und entsprechen nicht dem Original* maßstab. Diese Figuren zeigen jedoch die Beziehung der einzelnen Teile zueinander.

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Die Figur 1 ist eine Querschnittsansicht eines Seltenrisses der erfindungsgeniMßen verbesserten Kabelabsohirmung.

Figur 2 ist eine schematische Seltenansicht eines Querschnitts durch ein typisches Kabel, das die verbesserte Kabelabschirmung gemäß Figur 1 verwendet.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht eines Seitenrisses einer Variation der durch Figur 1 wiedergegebenen verbesserten Kabelabschirmung.

Figur 4 ist eine schematische Seitenansicht; eines schnittes durch ein typisches Kabel» das die verbesserte Kabelabschirmung gemäß Figur 3 verwendet.

Die Figur 1 zeigt die verbesserte erfindungsgemäße Kabelabschirmung» bei welcher eine Schicht 1 aus Aluminium oder Kupfer mit einer Schicht 3 aus einem eisenhaltigen Metall mittels einer Zwischenschicht 2 aus einer elektrisch leitenden Polymerisatmasse verbunden ist.

Die besondere, durch die Figur 1 gezeigte Konstruktion ermöglicht die Verwendung einer dünnen Schicht 1 aus Aluminium oder Kupfer» um den elektrischen Anforderungen zu entsprechen und eine im

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wesentlichen ausreichende Festigkeit zu ermöglichen* lndea die Schicht 1 mit der Schicht 3 mittels einer Schicht 2 aus dem spezifizierten Copolymerisattyp verbunden ist, wobei die Schicht 3 aus einem festeren, jedoch weniger teueren Metall be» steht.

Die Figur 2 Eeigt eine Kabelkonstruktion unter Verwendung der Schichtstoffkonstruktion gemäß Figur 1 als Abschirmungselement, P bei welcher ο ine übliche Seele 11 von einem Kabelabschirmungselement umgeben ist, das aus einer Schicht 12 aus Aluminium oder Kupfer, einer Schicht 13 aus einem elektrisch leitenden haftenden Polymerisat und einer Schicht 14 aus einem düngen schützenden eisenhaltigen Metall besteht* Die Schicht 14 des Kabelabsohirmung3lementes 1st von einer äußeren Ummantelung aus einem thermoplastischen Material umgeben.

Die Figur 3 zeigt eine Variation der durch Figur 1 wiederge-. gebenen Kabelabschirmung, bei welcher eine Schicht 21 aus Aluminium oder Kupfer mit einer Schicht 23 aus einem eisenhaltigen Metall mittels einer Zwischenschicht 22 aus einer elektrisch leitenden haftenden Polyinerlsatmasse verbunden 1st. Die Schicht 2J haftet ihrerseits an einer anderen Schicht 25 aus Aluminium oder Kupfer mittels einer Zwischenschicht 24 aus dem vorstehend erwähnten, haftend bzw. klebend wirkenden Polymerisat an.

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Bei der verbesserten Kabelabschirmung sollen die gleichen Metalle oder verschiedene Metalle auf jeder Seite der Copolymerisatsehicht verwendet werden. Verschiedene Metallschichten können mittels der Copolymerisat-Zwischenschlcht zur Herstellung einer Vielzahl von Konstruktionen miteinander verbunden sein.

Die Figur 4 zeigt eine Kabelkonstruktion unter Verwendung der Schichtstoffkonstruktion gemäß Figur 3, bei welcher eine übliche Seele 31 von einem Kabelabschirmungselement umgeben 1st, das aus einer Schicht 32 aus Aluminium oder Kupfer, einer Schicht 33 aus einem elektrisch leitenden, klebend wirkenden Polymerisat, einer Schicht ?4 aus einem eisenhaltigen Metall, einer Schicht 35 aus einem elektrisch leitenden, klebend wirkenden Polymerisat und einer Schicht 36 aus Aluminium oder Kupfer besteht. Die Schicht 36 ist von einer äußeren Ummantelung 37 aus einem thermoplastischen Material umgeben.

Die Dicke der Schicht 1 In Figur 1 sowie die zusammengenommene Dicke der Schiebten 21 und 25 gemäß Figur 3 sollte zwischen 0,025 und 0,5 mm (l mil und 20 mils) und vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,25 mm (2 mils bis 10 mils) liegen. Die Schicht 3 gemäß Figur 1 sowie die Schicht 23 gemäß Figur 3 sind In erster Linie Stützsohlohten, um der Sohiohtstoffkonstruktion eine zusätzliche Festigkeit zu verleihen*. Diese Schichten sollten

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daher aus harten Materialien mit hoher Festigkeit« beispielsweise aus eisenhaltigen Metallen* bestehen. Die Dicke der Schicht 3 gemäß Figur 1 sowie der Schicht 23 gemäß Figur 3 sollte zwischen 0,025 und 0,175 nun (l bis 7 mils) und vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,1 mm (2 bis 4 mils) liegen. Beispiele für eisenhaltige Netalle sind rostfreier Stahl, mit Zinn plattierter Stahl, Flußstahl, mit Aluminium Überzogener Stahl oder galvanisierter Stahl.

Das in den Schichten 2 und 1? gemäß Figur 1 bzw. 2 verwendete Polymerisat besteht aus einem klebend wirkenden Copolymerisat aus hauptsächlich Äthylen und einem sauren Comonomeren, wie beispielsweise einer α, 3-äthylenisch ungesättigten Mono- oder Polycarbons&wre* vlnem Säureanhydrid mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen p?-3 Molekül oder aus einem Partialester einer derartigen Polyearbonsäure, wobei der Säureanteil wenigstens eine Carboxylgruppe aufweist und der Alkoholanteil 1 bis 20 ■ Kohlenstoffatome besitzt· Spezifische saure Monomere sind beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Malein·» säure, Itaconsöure, Maleinsäureanhydrid, Monomethylmaleat, Monoäthylmaleat, Monome thy Ifumarat und Monoäthylfumarat · Aoryl» säure 1st ein bevorzugtes saures Comonomeres.

Andere Polymerisate, die In den Schichten 2 und 12 gemäß der Figur 1 bzw. 2 verwendet werden können, sind beispielsweise

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Terpolymerisatmassen aus (1) α-Olefinen, wie beispielsweise Äthylen, Propylen, Buten-1, Penten-1, Hexen«l, Hepten-1, 3»Methylbuten-l oder 4-Methylpenten-l, (2) α, ß-monoäthylenisch ungesättigten Carbonsäuren» wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Äthacry!säure, Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure und (2) Alley lestern α,ö-äthyXen^seh ungesättigter Carbonsäuren, wie beispielsweise Methylaorylat, Methylmethacrylat, ylat, Äthylmethacrylat, Propyläthacrylat, Isofoutyl« oder 2-Äthylhexylacrylat. Vinylester von Carbonsäuren

-•mien ebenfalls an Stelle der Ällqrlacrylate eingesetzt werden· Ein bevorzugtes Terpolyraerlsat ist ein Terpolymerisat aas Kthy« lv>n. Acrylsäure und Isobutylacrylat.

Die Konzentration des a-Olefins in dem Terpolymerisat beträgt in vorteilhafter Welse wenigstens 50 Gew.# und liegt vorzugsweise zwischen 70 und 80 Qew.^, bezogen auf das Gewinnt des Terpolymerisats. Die Konzentration an α, 0«snonoäthyleni@eh ungesättigter Carbonsäure in dem Terpolymerisat beträgt In vor« teilhafter Weise 2 bis l8£» und liegt vorzugsweise zwischen 4 ' und 12J6, bezogen auf das Oewieht des Terpolymerlsats. Die Alkylester der α, ß-monoäthylenlsch ungesättigten Carbonsäuren sind in dem Terpolymerisat in vorteilhafter Welse in einer Menge von 6 bis 30 <2ew.£ und vorzugsweise 8 bis 26 Oew.%, bezogen auf das Terpolymerisat, zugegen. Vorzugsweise enthält dl© in den Schichten 2 und 1? der Figuren 1 bzw. 2 verwendete Polymerisat-

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masse einen hochstrukturierten leitenden Ruß in einer Mengt? von 25 bis 50 Qew.& bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse.

Copolymerisate mit statistischer Verteilung (random copolymers)« welche erfindungsgemäß bevorzugt werden, können nach bekannten Methoden hergestellt werden. Das Copolymerlsat nimmt dann ausgezeichnete Klebeeigenschaften an, wenn die äthylenisoh ungesättigte Carbonsäure in einer Menge von 3 bis 20 0ew.£, vorzugsweise 6 bis 16 Qew.£, bezogen auf das Oewicht des Copolymerisate» vorliegt. Andere Copolymerisattypen können ebenfalls zur Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beispielsweise Block- und Pfropfcopolymerisate von Äthylen sowie von den äthylenisoh ungesättigten Carbonsäuren. Die Dioke der leitenden Copolymerisatschlcht beträgt in vorteilhafter Weise 0,00025 bis 0,1 mm (0,01 bis 4 mils). Die Copolymeriöatsehicht kann beispielsweise durch Strangpressen aus der heiBen Schmelze, durch Aufschichtung in Form eines Films, durch Aufbringen aus Lösungen oder Emulsionen oder durch eine Kombination derartiger Maßnahmen aufgebracht werden.

Eine dünne Schicht aus einem eisenhaltigen Metall wird zum Aufbau des geschichteten Abschirmungselementes verwendet, um eine mechanische Festigkeit zu erzielen. Die Jeweilige haftende Bindung zwischen dem eisenhaltigen Metall und einer oder mehreren Schichten aus Kupfer oder Aluminium ermöglicht eine Konstruktion,

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die für eine Verwendung in Kabeln wünschenswerte Eigenschaften besitzt. Das spezifizierte elektrisch leitende, klebend wirkende Polymerisat stellt ein Mittel zum Verbinden der verschiedenen Metallschiehten» die der erhaltenen Sohichtstoffstruktur eine zusätzliche Festigkeit verleihen« dar. Die Klebeeigenschaften des Polymerisats ermöglichen die Verwendung dünnerer Schichten des teuereren Materials mit hohem Leitwert (d.h. Aluminium

oder Kupfer), um verbesserte Kabel und Kabelabschirmungselemente gemäß vorliegender Erfindung herstellen zu können. Kabel« die unter Verwendung eines derartigen Abschirmungselementes hergestellt worden sind« besitzen den Vorteil eines geringeren Gesamtgewichtes und sind außerdem im Vergleich zu ähnlichen Kabeln« die derzeit hergestellt werden« billiger.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Sofern nicht anders angegeben« besitzen alle in den Beispielen verwendeten Proben eine Abmessung von 12,7 χ 2,54 cm (5ⁿ χ l")·

Beispiel 1

Ein Kabelabeohlrmungaeohiohtstoff wird hergestellt« indem auf eine Schicht aus Aluminium mit einer Dicke von 0,05 nun (2 mils) eine Schicht mit einer Dioke von 0,0025 mn (0,1 mil) aus einer Copolymerieatmasse aus Äthylen und ungefähr 15 Oew.jf Acrylsäure aufgebracht wird« wobei die Copolymerisatmasse ungefähr 35 0ew.# eines hoohetrukturlerten Rußes enthält. Eine

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Schicht aus einem mit Zinn plattierten Stahl mit einer Dicke von 0,076 mm (3 mils) wird über die Copolymerisatschicht gelegt, worauf eine zweite Schicht aus dem vorstehend beschriebenen Copolymerisat der gleichen Dicke auf den mit Zinn plattierten Stahl gelegt wird* Eine Schicht aus Aluminium mit einer Dicke von 0,05 mm (2 mils) wird Über die zweite Copolymerisatschioht gelegt, worauf das Oefüge in eine erhitzte Plattenpresse eingebracht wird. Das OefUge wird der Einwirkung von Temperaturen von ungefähr 200^eC und Drucken von ungefähr 7 kg/cm (lOO pel) ungefähr 5 Minuten lang ausgesetzt· Der erhaltene Schichtstoff wird in der Presse unter Druck abgekühlt und anschließend entfernt.

Der Widerstand des verzinnten Stahls allein beträgt 0.0106 0hm, während der Widerstand eines jeden Aluminiumbandes allein zu 0,0026 0hm ermittelt wird. Der Widerstand von 4 Schichtstoffen, die nach dem geschilderten Verfahren hergestellt werden« wird wie folgt ermittelt:

Probe As 0,0017 0hm

Probe Bs 0,00155 Ohm Probe Cs 0,0015 Ohm

Probe Ds 0,0015 0hm

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Der Widerstand der Metalle und Schichtetoffe wird mittels eines Keithley-Modells 502 bestimmt» das zur Messung sehr geringer Widerstände geeignet 1st, da es mit Potential- und Stromelektroden versehen ist* Der Widerstand der Schichtstoffe wird von einer äußeren Metallschicht an einem Ende zu den anderen äusseren Schichten an dem anderen Ende gemessen*

Bei einem anderen Test wird der Gesamtwiderstand der 2 Metallstreifen allein (d.h. ohne die leitenden Schichten) dadurch gemessen, da3 die Streifen parallel zueinander verbunden werden. Der Widerstand beträgt 0,00115 Ohm·

Die ähnlichen Widerstandswerte, welche für den Schichtstoff und die einzelnen Streifen, die parallel liegen, ermittelt wer·» den, zeigen, daß der in ein äußeres Band eines Kabels eingeleitete Strom bei Verwendung des erfindungsgemäßen geschichteten Abschirme lenient β gemäß vorliegender Erfindung sich selbst verteilt (in umgekehrter Proportion zu dem Widerstand der einzelnen Bänder), und zwar innerhalb weniger Meter des Kabels.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine 0,076 mm (3 mils) dloke Schicht aus rostfreiem Stahl an Stelle des verzinnten Stahle verwendet wird. Der rostfreie Stahl ist nicht magnetisch und be»

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sitzt einen Widerstand von ungefähr 0,0051 Ohm. Die gemessenen Widerstandswerte von 4 hergestellten Schichtstoffen sind wie folgt:

Probe E: 0,025 0hm Probe Pi 0,0245 0hm Probe 0: 0,2300 0hm Probe H: 0,094 0hm

Der Widerstand der 3 Bänder allein beträgt in paralleler Anordnung 0,00129 0hm.

Beispiel 3

Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeltsweise wird im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht mit einer Dicke von 0,1 mm (4 mils) aus einer geglühten Stahllegierung an Stelle des verzinnten Stahls verwendet wird. Die nicht-magne· tieohe Stahllegierung besitzt einen Widerstand von 0,041 OhM.

3 hergestellte Schichtstoffe werden getestet, wobei folgende Widerstandswerte ermittelt werden:

Probe J: 0,0142 0hm Probe K: 0,0600 0hm Probe L: 0,0040 0hm

Der effektive Widerstand der 3 vorstehend geschilderten Metall* bänder beträgt in paralleler Verbindung 0,00126 Ohm.

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Beispiel 4

Die In Beispiel 1 beschriebene Arbeitswelse wird Im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme, daß Kupfer an Stelle der Aluminiumschichten verwendet wird. Die Widerstandswerte von 4 hergestellten Schichtstoffen werden wie folgt ermittelt:

Probe Mx 0,00105 Ohm

Probe N: 0,00109 0hm

Probe 0: 0,00108 0hm

Probe Pi 0,00100 0hm

Beispiel 5

Es wird ein Kabel hergestellt, das eine übliche Seele aus isolierten Kupferdrähten aufweist* Ein vielschichtiger Schichtstoff » wie er gemäß den in den Beispielen 1 bis 4 beschriebe*» nen Methoden hergestellt wird, wird in Längsrichtung um die Kabelseele gefaltet« Eine Süßere Ummantelung aus Polyäthylen wird bei einer Wärmeplastifizierungstemperatur über die Süßere Metallschicht des aus vielen Schichten bestehenden Sohichtstoffs stranggepreßt. Pas erhaltene Kabel 1st leicht und besitzt ausgezeichnete elektrische Eigenschaften sowie eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Zerdrücken sowie gegenüber einem Angriff durch Nagetiere·

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Kabelabsohirmungselement, dadurch gekennzeichnet, daß es sich wenigstens aus einer Schicht aus Aluminium oder Kupfer, die haftend mit wenigstens einer Seite einer Schicht aus einem eisenhaltigen Metall Über eine Zwischenschicht aus einer leitenden Polymerlsatmasse verbunden ist, die Ruß enthält und aus einem Polymerisat aus Äthylen und einer MthyIonisch ungesättigten Carbonsäure besteht, zusammensetzt.

2. Kabelabsohirmungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatmaase 25 bis 50 Oew.£, bezogen auf die gesamte Masse, eines hoohstrukturlerten leitenden Rußes enthält.

3. Kabelabsohirnungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eisenhaltige Metall aus rostfreiem Stahl, mit Zinn plattiertem Stahl, Flußstahl oder mit Aluminium behandeltem Stahl mit einer Dicke von 0,025 bis 0,5 mm (l - 20 mils) besteht«

4. Kabelabsohirmungselement nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerlsatmasse der Zwischenschicht aus einem Copolymerisat aus Äthylen und Acrylsäure sowie aus ungefähr 35 Oew.Jß eines hochstrukturierten Rußes be-

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steht, wobei die Zwischenschicht eine Dicke von 0,00025 bis 0,1 mm (0,01 - 4 mils) aufweist.

5· Elektrisches Kabel aus (l) einer Seele aus wenigstens einem Isolierten Leiter, (2) einem Kabelabschirmungselement, welches die Seele umgibt, und (3) einer äußerem Ummantelung aus einem thermoplastischen Material, welche die Süßere Metallschicht des Abschirmungselementes umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß sioh das Absohlrmungselement aus wenigstens einer Schicht aus Kupfer oder Aluminium, die haftend mit wenigstens einer Seite einer Schicht aus einem eisenhaltigen Metall über eine Zwischenschicht aus einer leitenden Polymerlsatmaase gemäß einem der Ansprüche 1 - 4 verbunden 1st, zusammensetzt.

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