DE2149227C3 - Elektrisches Isolierband zur thermischen Isolierung eines elektrischen Kabels - Google Patents
Elektrisches Isolierband zur thermischen Isolierung eines elektrischen KabelsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Isolierband zur thermischen Isolierung eines elektrischen Kabels,
dessen Kabelseele durch einen Mantel aus thermoplastischem Material umhüllt ist, bestehend aus einer Glas
enthaltenden Schicht und einer Schicht aus einem thermoplastischen Polymerisat.
Ein in der Praxis meist verwandtes Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit einer Kabelseele
aus sehr dünnen Drähten besteht darin, auf die Kabelseele einen Überzug aus geschmolzenem thermoplastischen
Material wie Polyäthylen bei einer Temperatur zwischen etwa 122 und 232° C zu extrudieren. Bei
ungestörtem Produktionsablauf werden durch die Extrusion von Polyäthylen bei hoher Temperatur keine
wesentlichen Schwierigkeiten verursacht, weil der gerade extrudierte Überzug sofort in ein Wasserbad
getaucht wird, um eine schnelle Abkühlung zu bewirken. Irgendwelche Betriebsunterbrechungen können jedoch
zu thermischen Beschädigungen der dünnen Leiterdrähte der Kabelseele führen, die einen Drahtdurchmesser
von beispielsweise 0,6 mm oder gar weniger aufweisen können. Deshalb ist es in vielen Fällen bei der
Berechnung der elektrischen Eigenschaften derartiger Kabel erforderlich, Toleranzgrenzen zu berücksichtigen,
die auf derartige Beschädigungen zurückzuführen sind. Beispielsweise wird bei der Berechnung davon
ausgegangen, daß das Kabel nur aus 400 Leiterdrähten besteht, obwohl es tatsächlich 500 Lo'iterdränte enthält.
Dieses Problem ist von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung, weil beträchtliche Einsparungen erzielt
ίο werden könnten, wenn derartige Beschädigungen
vermieden werden könnten.
Es ist ferner bereits bekannt, die Kabelseele vor dem Aufbringen des Mantels aus thermoplastischem Materia!
mit einer thermischen Isolierschicht zu versehen.
Bekannte Isolierschichten dieser Art besitzen jedoch gewisse Nachteile. Entweder ist die erzielbare thermische
Isolierung zu gering, oder sie besitzen eine verhältnismäßig große Steifigkeit, wie beispielsweise
mit Harz imprägniertes Papier. Es sind ferner zahlreiche Ausführungsformen von Isolierbändern bekannt, die
jedoch ebenfalls nicht ohne weiteres zur Herstellung derartiger Kabel verwendbar sind. Dies gilt beispielsweise
für bindemittelfreies Glaspapier (1.), das zwar bis etwa 200° C wärmebeständig ist, das aber nicht
notwendig eine ausreichend geringe thermische Leitfähigkeit aufweist. Dies gilt auch für andere bekannte
wärmebeständige Isolierbänder (3.), die in erster Linie für elektrische Isolierzwecke bestimmt sind, oder für
Isoiierbänder (4.), bei deren Herstellung Glasseidefäden auf ein Gummiband aufgelegt werden, um durch
Vulkanisation ein Isolierband mit entsprechend geringer Dehnung zu erhalten, sowie für ein Tränkmittel
durchlässige, aus Kunststoff- oder Glasfasern hergestellte Faservliese (5.), durch welche Imprägnierung die
thermische Isolierfähigkeit verschlechtert wird.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung einer isolierten elektrischen Leitung hoher
Wärmebeständigkeit wird auf den Leiter eine Glasseidenisolation aufgebracht, auf der ein Lacküberzug mit
einer verhältnismäßig hohen Einbrenntemperatur eingebrannt wird, was zu Beschädigungen führen könnte,
wenn der Leiter aus einem Bündel von dünnen Drähten besteht
Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfahren (2.) wird die Kabelseele zuerst mit einem Band aus Polytetrafluorethylen und dann mit einem imprägnierten Glasgewebe umwickelt. Glas ist jedoch normalerweise ein verhältnismäßig guter Wärmeleiter und dient bei der Entgegenhaltung zum Zlwecke einer ausreichenden elektrischen Isolierung.
Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfahren (2.) wird die Kabelseele zuerst mit einem Band aus Polytetrafluorethylen und dann mit einem imprägnierten Glasgewebe umwickelt. Glas ist jedoch normalerweise ein verhältnismäßig guter Wärmeleiter und dient bei der Entgegenhaltung zum Zlwecke einer ausreichenden elektrischen Isolierung.
An ein elektrisches Isolierband, das zur thermischen Isolierung bei der Herstellung e:ines elektrischen Kabels
geeignet ist, dessen Kabelseele durch einen Mantel aus thermoplastischem Material umhüllt wird, sind deshalb
insbesondere folgende Anforderungen zu stellen:
1. Es muß eine ausreichende elastische Verformbarkeit aufweisen, so daß es nicht reißt, wenn das
fertiggestellte Kabel zu Lagerzwecken aufgerollt wird oder während der Installation umgebogen
wird.
2. Das Isolierband soll das Abziehen von einer Rolle
ermöglichen, ohne daß eine Trennschicht erforderlich ist.
3. Es soll eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen.
4. Es darf keinen Durchtritt von Feuchtigkeit in dem Kabel ermöglichen, wenn Druckstellen im Kabelmantel auftreten sollten.
4. Es darf keinen Durchtritt von Feuchtigkeit in dem Kabel ermöglichen, wenn Druckstellen im Kabelmantel auftreten sollten.
5. Das Isolierband soll eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um ein Aufwickeln mit üblichen
Wickelmaschinen zu ermöglichen.
6. Die thermische Isolierung durch das Isolierband muß sehr gut sein; und ο
7. alie Kriterien sollen bei möglichst geringem Kostenaufwand erzielbar sein.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches
Isolierband der eingangs genannten Art anzugeben, das ι ο zur Herstellung eines elektrischen Kabels geeignet ist,
dessen Kabelseele durch extrudiertes thermoplastisches Material mit einem Mantel umhüllt wird, wobei
verhältnismäßig hohe Temperaturen auftreten, die bei mangelhafter thermischer Isolation zu Beschädigungen
einer verhältnismäßig hohen Anzahl der sehr dünnen Leiterdrähte der Kabelseele führen könnten. Insbesondere
soll das Herstellungsverfahren möglichst einfach durchführbar sein und das Isolierband soll außer einer
ausreichenden thermischen Isolierung auch gute Gebrauchseigenschaften des fertigen Kabels ermöglichen.
; Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels mit einem
derartigen Isolierband sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Glasfaserpapier kann aus Glasfasern bestehen, die einen Nenndurchmesser zwischen etwa 0,0038 und
0,0064 mm aufweisen, die mit einer Packungsdichte angeordnet sind, die ein Flächengewicht zwischen etwa
7 und 38 g/m2 bei einer Schichtdicke von 0,025 mm ergibt. Vorzugsweise finden Glasfasern Verwendung,
die einen sehr niedrigen Gehalt an organischen Bindemitteln aufweisen, der weniger als etwa 10%
beträgt, sov/ie eine thermische Leitfähigkeit von weniger als etwa 0,06 Watt/m ■ C. Im Handel
erhältliches Glasfaserpapier dieser Art hat außerdem den Vorteil, daß es sich wie gewöhnliches Papier anfüb!t.
Die Schicht aus dem thermoplastischen Polymerisat besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer
hohen dielektrischen Festigkeit, dessen Durchschlagspannung zwischen etwa 7000 und 10 000 Volt beträgt.
Obwohl es möglich ist, eine geeignete Verbindung zwischen dem Glasfaserpapier und der Schicht aus
thermoplastischem Polymerisat herzustellen, ist es zweckmäßig, kleine Mengen eines ölbeständigen polymeren
Klebstoffs zu verwenden, beispielsweise Nitrilgummi oder Polyvinylacetat. Mit ölbeständigkeit ist
eine Beständigkeit gegen Erdöle und Schmieröle gemeint, die normalerweise bei der Herstellung des
Kabels verwandt werden.
Ein besonderer Vorteil eines Isolierbands gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Schicht aus dem
thermoplastischen Polymerisat nur eine sehr geringe Dicke aufweisen muß, so daß sich das IsolierDand gut
wickeln läßt, wenn das Dickenverhältnis der beiden Schichten zwischen etwa 2:1 bis 5 :1 beträgt.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Schnittansicht eines Isolierbands gemäß der Erfindung,
F ί g. 2 eine schematische Schnittansicht eines Kabels, dessen Kabelseele durch ein Isolierband gemäß der
Erfindung umwickelt ist; und
Fig.3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung
der Temperaturbeständigkeit von Isolierbändern gemäß der Erfindung im Vergleich zu bekannten
Isolierbändern.
Das in Fig. 1 dargestellte Isolierband 10 besteht aus
einer Schicht 12 aus Glasfaserpapier und einer Schicht 14 aus Polypropylen oder einem sonstigen thermoplastischen
Polymerisat. Die beiden Schichten sind bei diesem Ausiührungsbeispiel mit einer Klebstoffschicht 16 au?
Nitrilgumnii miteinander verklebt.
Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch ein Kabel 18, dessen Kabelseele aus Bündeln 20 aus dünnen
Kupferdrähten 22 besteht, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,0003 mm besitzen. Die einzelnen Bündel
sind von einer Umhüllung 24 aus Polyäthylen umgeben, die eine Dicke von etwa 0,15 mm aufweist. Die
Kabelseele ist durch das Isolierband 10 in Fig. 1 umgeben. Über dem Isolierband 10 kann eine
Aluminiumschicht 26 vorgesehen sein, welche von einem Mantel 28 aus extrudiertem Polyäthylen umgeben
ist.
F i g. 3 zeigt Versuchsergebnisse, die bei Vergleichsversuchen zur Ermittlung der isolierenden Eipenschaften
von Isolierbändern gemäß der Erfindung (mit 1 —9 bezeichnet) im Vergleich zu bekannten Isolierbändern
(mit A-D bezeichnet) ermittelt wurden. In Fig.3 ist auf der horizontalen Achse die Zeit in Sekunden
aufgetragen, nach der bei jeweils gleichen Versuchsbedingungen bei Temperaturen von 232° C, 2040C, 1770C
bzw. 150° C ein Kurzschluß durch Ausfall der Isolierung
auftrat. Beim Beispiel 1 bedeutet dies, daß bei einer Versuchstemperatur von 232° C die Isolierung nach
etwa 8 Sekunden ausfiel, bei 2040C nach etwa 11 Sekunden, bei 1770C nach 18 Sekunden und bei
150° C nach 33 Sekunden.
Bei den Beispielen 1-9 von Isolierbändern gemäß der Erfindung fanden Isolierbänder Verwendung, bei
denen die Dirke der Schich» aus thermoplastischem Polymerisat beim Beispiel 1 0,050 mm, beim Beispiel 2
0,038 mm, beim Beispiel 7 0,050 mm und bei den Beispielen 8 und 9 jeweils 0,038 mm betrug, und das
thermoplastische Material jeweils ein Polyester war. Bei den Beispielen 3 — 6 war das thermoplastische Material
Polypropylen und die Schichtdicke betrug bei den Beispielen 3 und 6 0,127 mm und bei den Beispielen 4
und 5 0,075 mm. Bei den Beispielen 1-4 betrug die Schichtdicke des Glasfaserpapiers 0,25 mm und die
Glasfasern besaßen einen Durchmesser von etwa 0,0064 mm. Bei den Beispielen 5-8 betrug die Dicke des
Glasfaserpapiers 0,175 mm und der Durchmesser der Glasfasern betrug 0,0038 mm. Beim Beispiel 3 betrug
der Durchmesser der Glasfasern ebenfalls 0,0038 mm und die Schichtstärke betrug 0,075 mm.
Die Beispiele A-D betreffen im Handel erhältliche Isolierbänder bekannter Art mit einer Gesamtstärke
von etwa 0,38 mm, deren eine Schicht aus Polypropylen oder Polyäthylenterephthalat und deren zweite Schicht
aus einem Styrol-Butadien-Copolymerisat oder aus einem versponnenen Polyesterharz bestand.
Das in den Beispielen 1 und 2 und 7 — 9 verwandte Polyestermaterial war Polyalkylenterephthalat.
Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß Isolierbänder gemäß der Erfindung entweder wesentlich dünner sein können
und damit das Aufwickeln vereinfachen oder bei vergleichbarer Dicke eine wesentlich verbesserte
Temperaturbeständigkeit besitzen.
Bei dem Beispiel D entsprechenden bekannten verstärkten Isolierband besteht ferner die Schwierigkeit,
daß es bei erhöhter Temperatur verhältnismäßig stark kompressibel ist, wodurch das Isolierungsvermögen
beeinträchtigt wird. Ferner besteht bei derartigen
Isolierbändern die Schwierigkeit, daß sie verhältnismäßig
viel Feuchtigkeit aufnehmen.
Gegenüber nur aus polymeren Materialien bestehenden bekannten Isolierbändern besteht insbesondere bei
der Herstellung von Kabeln mit einem Isolierband gemäß der Erfindung der Vorteil, daß eine wesentliche
Einsparung von Kosten für Arbeitsaufwand und Maschinen möglich ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Elektrisches Isolierband zur thermischen Isolierung
eines elektrischen Kabels, dessen Kabelseele durch einen Mantel aus thermoplastischem Material
umhüllt ist, bestehend aus einer Glas enthaltenden Schicht und einer Schicht aus einem thermoplastischen
Polymerisat, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dem thermoplastischen
Polymerisat eine Dicke zwischen 0,025 und 0,075 mm
aufweist, daß die Glas enthaltende Schicht aus Glasfaserpapier besteht und eine Dicke zwischen
0,075 und 0,50 mm aufweist und daß das Glasfaserpapier eine thermische Leitfähigkeit von weniger als
etwa 0,08 Watt/m · C aufweist.
2. Isolierband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Schichtdicken des
Faserglaspapiers und der Polymerisatschicht zwischen etwa 2 :1 und 5 :1 beträgt.
3. Isolierband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatschicht aus
Polyethylenterephthalat oder Polypropylen besteht.
4. Isolierband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserglaspapier
weniger als etwa 10% organische Bindemittel enthält
5. Isolierband nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein ölbeständiger,
polymerer Klebstoff ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kabels mit einem Isolierband nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelseele mit dem isolierband
umwickelt wird, und daß dann thermoplastisches Material mit einer Temperatur von mehr als 150°C
durch Extrudieren aufgetragen wird, um den Kabelmantel auszubilden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Extrudieren eine metallische
Abschirmschicht auf die Oberfläche des aufgewikkelten Bands aufgebracht wird.
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