DE3022445A1

DE3022445A1 - Plastics insulated esp. coaxial cable with inner insulating layer - compacted by shrinkage of outer insulation having higher fusion point

Info

Publication number: DE3022445A1
Application number: DE19803022445
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 3013 Barsinhausen Madry; Hermann Uwe Dipl.-Chem. Dr. 3000 Hannover Voigt
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1981-12-24

Abstract

A plastics-insulated electric cable is intended esp. for medium and high voltages; the inner conductor (1) and its surrounding, conducting layer (2) are covered with an insulation (3) of partly crystalline polymer, typically (not claimed) a low density polyethylene having a fusion range of 110-120 deg.C. This is followed by one or more further concentric insulation layers of partly crystalline polymer having a higher fusion range than the first, typically (not claimed) high density polyethylene with a fusion range of 150-160 deg.C or a polypropylene. During cooling after extrusion, the outer layer (4) first crystallises, thus shrinking and applying pressure onto the layers below and causing compaction of the inner insulating layer (3). This arrangement provides a simple method of eliminating or reducing the inhomogeneities resulting from cavities in the insulation.

Description

Kunststoffisoliertes elektrisches Kabel mit durch Kompaktierung verdichteterPlastic-insulated electrical cable with compacted

Isolierung Die vorliegende Erfindung betrifft ein kunststoffisoliertes elektrisches Kabel, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung, mit einer den Leiter bzw.Insulation The present invention relates to a plastic insulated Electric cable, especially for medium or high voltage, with one of the conductors respectively.

die darüber befindliche innere Leitschicht überdeckenden Isolierung aus einem teilkristallinen Polymermaterial.the overlying inner conductive layer covering insulation made of a partially crystalline polymer material.

Bekanntlich können beim Extrudieren hochpolymerer Werkstoffe durch gasende Stoffe in der Isolierung Lunker oder Hohlräume entstehen, so daß daher Sorge getragen werden muß, daß diese die elektrische Festigkeit vermindernden Inhomogenitäten beseitigt werden. Abhilfe soll hier z. B. ein bekanntes Verfahren (DBP 848 377) schaffen, bei dem der extrudierte Strang auf seinem Wege zur Aufwickelvorrichtung einer Reihe von Abkühlungen unter Druck bei geregelt abnehmenden Temperaturen bis in die Nähe der Temperatur der Umgebung unterworfen wird. Offenbar wegen der verhältnismäßig aufwendigen Kühlvorrichtungen, die ein solches Verfahren benötigt, hat sich die bekannte Maßnahme in der Technik bisher jedoch nicht durchsetzen können.It is known that when extruding high polymer materials through Gassing substances form voids or cavities in the insulation, so there is concern must be borne that these inhomogeneities which reduce the electrical strength be eliminated. The remedy here is z. B. a well-known procedure (DBP 848 377) create, in which the extruded strand on its way to the winder a series of coolings under pressure at controlled decreasing temperatures up to is subjected to near the temperature of the environment. Apparently because of the proportionate complex cooling devices that such a process requires, the known measure in the art, however, has not yet been able to enforce.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auf einfachem Wege und ohne Beeinträchtigung der Fertigungsgeschwindigkeit durch Hohlräume bedingte Inhomogenitäten in der Isolierung elektrischer Kabel gar nicht erst auftreten bzw. entstehen zu lassen.The invention is therefore based on the object of providing a possibility find, in a simple way and without impairing the production speed Inhomogeneities in the insulation of electrical cables caused by cavities not only to occur or to let arise.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb der Isolierung und/oder oberhalb unmittelbar an diese angrenzend eine oder mehrere konzentrische Schichten aus einem gegenüber dem Polymer der Isolierung höher schmelzenden teilkristallinen Polymermaterial angeordnet sind. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß teilkristalline Polymere, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid u. a. am Kristallit-Schmelzpunkt eine sprunghafte Änderung des spezifischen Volumens aufweisen, d. h. bei der Abkühlung aus der Schmelze solche Polymere im Kristallisationsbereich eine besonders starke Volumenkontraktion erfahren. Dieser Effekt wird nun nach der Erfindung dadurch praktisch genutzt, daß auf einen schmelzflüssigen bzw. auf einen im Kristallisieren befindlichen Unterbau ein Kompaktiereffekt ausgeübt wird. Die praktische Durchführung sieht z. B.This object is achieved according to the invention in that within the insulation and / or one or more directly adjacent to it above concentric layers of a material with a higher melting point than the polymer of the insulation partially crystalline polymer material are arranged. The invention is based on the knowledge that semi-crystalline polymers such as polyethylene, polypropylene, polyamide i.a. a sudden change in the specific volume at the crystallite melting point have, d. H. such polymers in the crystallization area on cooling from the melt experience a particularly strong volume contraction. This effect is now applied after the Invention practically used in that on a molten or on a a compacting effect is exerted when the substructure is in the crystallization process. the practical implementation sees z. B.

vor, daß zur Erreichung der Kompaktierung durch Koextrusion zwei Polymere mit unterschiedlichem Schmelz- bzw. Kristallisationsbereich auf einen elektrischen Leiter aufgebracht werden, wobei das bei tieferer Temperatur kristallisierende Material dem Leiter am nächsten, das bei höherer Temperatur kristallisierende Material aber außen angeordnet ist. Bei der sich an den Extrusionsvorgang anschließende Abkühlung, die in der Regel durch Außenkühlüng, z. B. durch Wasser oder Luft, in Gang gebracht wird, kristallisiert zunächst das außen liegende Material mit der höheren Kristallisationstemperatur. Infolge des dabei eintretenden Volumensprungs werden auf das darunterliegende, noch schmelzflüssige Material radial gerichtete Druckkräfte ausgeübt. Dadurch kommt es zu einer Kompaktierung mit dem Ergebnis, daß eventuell vorhandene Mikrohohlräume, wie sie z. B. von leicht verdampfbaren niedermolekularen Bestandteilen herrühren können, noch in der Schmelze zugedrückt werden.suggest that to achieve compaction by coextrusion, two polymers with different melting or crystallization ranges to an electrical one Conductors are applied, the material crystallizing at a lower temperature closest to the conductor, but the material that crystallizes at a higher temperature is arranged outside. During the cooling that follows the extrusion process, which usually by Außenkühlüng, z. B. by water or air, brought into motion is, the outer material with the higher crystallization temperature crystallizes first. As a result of the resulting jump in volume, the underlying, still molten material exerted radially directed compressive forces. This is how it comes about to a compaction with the result that possibly existing micro-cavities, how they z. B. from easily evaporable low molecular weight components can still be pressed in the melt.

Die den Kompaktiereffekt bewirkende Schicht kann ebenso wie die Isolierung elektrisch isolierend sein, so daß die bei Mittel- oder Hochspannungskabeln übliche äußere Leitschicht erst oberhalb dieser äußeren kompaktierenden Schicht angeordnet ist. Mitunter kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Kompaktierung und die Abschirmung durch die gleiche Schicht zu bewirken, so daß in Weiterführung des Erfindungsgedankens die höher schmelzende Schicht oberhalb der Isolierung durch Leitruße leitfähig gemacht ist und gleichzei- tig als äußere Leitschicht dient.The layer causing the compacting effect can, like the insulation be electrically insulating, so that the usual with medium or high voltage cables outer conductive layer arranged only above this outer compacting layer is. Occasionally, however, it can also be advantageous for the compaction and the shielding to effect by the same layer, so that in continuation of the inventive concept the higher melting layer above the insulation is made conductive by carbon black is and at the same time tig serves as the outer conductive layer.

Wesentlich für die Herstellung ist, daß Isolierung und kompaktierende Schicht gemeinsam extrudiert werden (Koextrusion), damit der gewünschte Effekt tatsächlich auch eintreten kann. Als Isoliermaterial ist z. B. Polyäthylen (LDPE), in unvernetzter Form oder auch solches, das nach Aufpfropfen von Silanverbindungen auf die Basismoleküle durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzt werden kann, geeignet. Darüber kann dann z. B. für die Zwecke der Kompaktierung ein kunststofffreies Polypropylen oder auch ein Polyblend aus Polypropylen mit elastifizierenden Komponenten, z. B. auf Kautschukbasis - Äthylen-Propylen-Terpolymerkautschuk (EPDM) - angeordnet sein. Geeignet für die Zwecke der Erfindung sind aber auch andere teilkristalline Polymere, wie Polyäthylen hoher Dichte (HDPE), Polybuten, Polyester etc., allein oder in Polymerverschnitten. Für den Fall, daß, wie bereits ausgeführt, die äußere Leitschicht auch die Kompaktierung übernimmt, ist für die Leitschicht z. B. mit bestimmten Leitrußen, vorzugsweise auf Basis nichthygroskopischer Azetylen-Ruße, wie Ketjen black oder Shawinigan, gefülltes Äthylen-Propylen-Kautschuk-Blend (EPK-PP) geeignet.It is essential for the production that insulation and compacting Layer can be extruded together (coextrusion), so that the desired effect actually occurs can also occur. As an insulating material, for. B. polyethylene (LDPE), in non-crosslinked Form or that after the grafting of silane compounds onto the base molecules can be crosslinked by the action of moisture, suitable. About it can then z. B. for the purpose of compaction or a plastic-free polypropylene a polyblend made of polypropylene with elasticizing components, e.g. B. based on rubber - Ethylene-propylene-terpolymer rubber (EPDM) - be arranged. Suitable for the However, the purposes of the invention are also other semicrystalline polymers such as polyethylene high density (HDPE), polybutene, polyester etc., alone or in polymer blends. In the event that, as already stated, the outer conductive layer also does the compaction takes over, is for the conductive layer z. B. with certain conductive carbon blacks, preferably based on non-hygroscopic acetylene blacks, such as Ketjen black or Shawinigan, Filled ethylene-propylene-rubber blend (EPK-PP) suitable.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung ist die, innerhalb der Isolierung eine oder mehrere Schichten aus dem höher schmelzenden Polymermaterial vorzusehen, wobei diese Schichten mit Schichten der Isolierung abwechseln. Auch in diesem Fall ist die gemeinsame Extrusion der Schichten mit unterschiedlichem Schmelzbereich erforderlich (mehrfache Koextrusion), wobei alternierend in einer Isolierhülle mehrmals die Schichten z. B. Polyäthylen unvernetzt oder durch Feuchtigkeit vernetzbares Polyäthylen, beides LDPE (low density PE) oder HDPE (high density PE) oder Polypropylen aufeinanderfolgen. Durch diesen Mehrschichtenaufbau wird infolge des im Vergleich zu Polyäthylen niederer Dichte (LDPE) höheren Wärmeinhaltes (Enthalpie) des höher schmelzenden Polymeren der Temperaturgradient bei der Abkühlung günstig beeinflußt. Dies wirkt sich einerseits positiv auf die Kristallmorphologie aus, andererseits wird die Kompaktierung schichtweise und damit noch wirkungsvoller vorgenoanen.Another advantageous way of carrying out the invention is the one or more layers of the higher melting point within the insulation Provide polymer material, these layers alternating with layers of insulation. In this case, too, the common extrusion of the layers is different Melting range required (multiple coextrusion), alternating in one Insulation several times the layers z. B. Polyethylene uncrosslinked or due to moisture cross-linkable polyethylene, both LDPE (low density PE) or HDPE (high density PE) or polypropylene in succession. This multilayer structure is as a result the higher heat content (enthalpy) compared to low-density polyethylene (LDPE) of the higher melting polymer, the temperature gradient during cooling is favorable influenced. On the one hand, this has a positive effect on the crystal morphology, on the other hand, the compaction is carried out in layers and thus even more effectively.

Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 und 2 als Ausfuhrungsbeispiel dargestellten einadrigen Hochspannungskabel näher erläutert.The invention is based on the in FIGS. 1 and 2 as an exemplary embodiment illustrated single core high voltage cable explained in more detail.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist über dem aus Einzeldrähten aufgebauten Leiterseil 1 die innere Leitschicht 2 und darüber die Isolierung 3 angeordnet. Die Isolierung besteht z. B. aus einem Polyäthylen niederer Dichte (low density PE) und einem Schmelzbereich von 1100 bis 1200 C. In einem Arbeitsgang mit der PE-Isolierung ist die Schicht 4 aufgebracht, sie besteht z. B. aus einem Polypropylen oder einem Polyäthylen hoher Dichte (high density PE) mit einem Schmelzbereich von 1500 bis 1600 C. Beim an die Extrusion sich anschließenden Abkühlvorgang kristallisiert wegen des höheren Schmelzbereiches zunächst das Material der Schicht 4. Infolge des dabei auftretenden Volumensprungs werden von dieser Schicht auf die darunter liegende, noch im schmelzflüssigen Zustand befindliche Schicht 3 radial gerichtete Druckkräfte ausgeübt, die zur Kompaktierung dieser Schicht führen.As can be seen from Fig. 1, is built up from individual wires above Conductor 1, the inner conductive layer 2 and above the insulation 3 is arranged. the Isolation consists e.g. B. made of a low density polyethylene (low density PE) and a melting range of 1100 to 1200 C. In one operation with the PE insulation the layer 4 is applied, it consists, for. B. made of a polypropylene or a High density polyethylene (high density PE) with a melting range of 1500 to 1600 C. During the cooling process that follows the extrusion, it crystallizes because of of the higher melting range first the material of layer 4. As a result of this Any leaps in volume that occur are transferred from this layer to the Layer 3 still in the molten state, radially directed compressive forces that lead to the compaction of this layer.

über der Schicht 4 befindet sich die äußere Leitschicht 5, die auch mit der Schicht 4 kombiniert sein kann. Der weitere Aufbau des Kabels kann in bekannter Weise erfolgen.over the layer 4 is the outer conductive layer 5, which also can be combined with layer 4. The further structure of the cable can be known in Way.

Abweichend hiervon zeigt die Fig. 2 eine Anordnung, bei der oberhalb der das Leiterseil 6 umgebenden inneren Leitschicht 7 die Isolierung mehrschichtig aus den Schichten 8 und 9 aufgebaut ist. Hier wechseln ab z. B. die Schichten 8 aus dem Material der Isolierung mit den Schichten 9 mit dem Isoliermaterial höheren Schmelzbereiches, das die Kompaktierung bei der an die Mehrfach-Koextrusion sich anschließenden Abkühlung des Kabels bewirkt. Mit 10 ist die äußere Leitschicht bezeichnet, der weitere Schichtenaufbau des Kabels z. B. mit Schirmdrähten oder Bändern und Außenmantel kann in bekannter weise ausgeführt sein.Notwithstanding this, FIG. 2 shows an arrangement in which above of the inner conductive layer 7 surrounding the conductor 6, the insulation is multilayered is made up of layers 8 and 9. Change here from z. B. the layers 8 from the material of the insulation with the layers 9 with the insulating material higher Melting range that the compaction in the multiple coextrusion itself subsequent cooling of the cable causes. The outer conductive layer is denoted by 10, the further layer structure of the cable z. B. with screen wires or tapes and The outer jacket can be designed in a known manner.

Claims

Claims 1.) Plastic-insulated electrical cable, in particular for medium or high voltage, with one ozw the conductor. the one above inner conductive layer covering insulation made of a partially crystalline polymer material, characterized in that immediately within the insulation and / or above adjoining this one or more concentric layers from one opposite the polymer of the insulation arranged higher melting, partially crystalline polymer material are.

2. Cable according to claim 1, wherein a layer above the insulation is arranged from the higher melting polymer material, characterized in that that this layer is insulating.

3. Cable according to claim 2, characterized in that over the insulating, higher melting layer, the outer conductive layer is arranged.

4. Cable according to claim 1, wherein one or within the insulation several layers of the higher melting polymer material are arranged, thereby characterized in that these layers of insulation material with layers of insulation alternate.

5. Cable according to claim t or one of the following, characterized in that that the higher melting layer above the insulation by carbon black at the same time serves as an outer conductive layer.

6. A method for producing a cable according to claim 1 or one the following, characterized in that the insulation or the concentric Insulating layers together with the layers of higher melting polymer material be extruded together at the same time.

7. The method according to claim 4, characterized in that as higher Melting materials partially crystalline polymers such as polypropylene, polyethylene high density, polybutene and the like, with or without an elasticizing component, alone or used in polymer blends.