DE3233504C2

DE3233504C2 -

Info

Publication number: DE3233504C2
Application number: DE19823233504
Authority: DE
Inventors: Dieter Groeppel; Gisela 8520 Erlangen De Siemsen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1990-06-21
Also published as: DE3233504A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf der Basis von Glas und Glimmer für elektrische Kabel und Leitungen.The invention relates to a method for manufacturing of insulating layers based on glass and mica for electrical cables and wires.

Bei Bränden ist es erforderlich, daß Sicherheitsein richtungen, wie Rauchabzugsklappen, auch in einem fort geschrittenen Stadium betätigt werden können. Anderer seits ist es beispielsweise bei Sprinkleranlagen erfor derlich, daß sie im Brandfall betriebsfähig bleiben; dazu muß dann aber die Stromversorgung für die Pumpen gewährleistet sein. Um diese Forderungen zu erfüllen, sind brandsichere Kabel und Leitungen notwendig, d. h. insbesondere solche Kabel und Leitungen, deren Isolie rung Temperaturen bis zu 800°C für die Dauer von bis zu 3 Stunden standhält.In the event of fire, it is necessary to be safe directions such as smoke flaps also continue stage can be operated. Other On the one hand, it is required for sprinkler systems, for example that they remain operational in the event of a fire; this requires the power supply for the pumps to be guaranteed. To meet these demands, fire-safe cables and wires are necessary, d. H. especially those cables and wires, their insulation temperatures up to 800 ° C for up to withstands up to 3 hours.

Bei Kabel und Leitungen, die auch im Brandfall über eine längere Zeit ihre Funktion beibehalten sollen, sind die elektrischen Leiter beispielsweise mit einer glimmerhaltigen Isolierschicht - in Form einer Umwicklung mit glimmerhaltigen Bändern - versehen (DE-OS 26 29 540). Aus der DE-OS 30 07 341 sind brand sichere kunststoffisolierte elektrische Kabel und Lei tungen mit einer über jedem blanken Leiter angeordne ten, unbrennbare Materialien enthaltenden Isolierschicht bekannt, bei denen die Isolierschicht aus einem Gemisch von mineralischen Stoffen, vorzugsweise auf Silikat basis, und einer im Brandfall kurzfristig nicht schmelzenden Komponente als Bindemittel besteht. Als mineralischer Stoff dient dabei Glimmer und als Binde mittel Glas, insbesondere Glas niederer Schmelztempe ratur (350 bis 450°C). Zur Herstellung der Isolier schichten wird ein Gemisch aus dem mineralischen Material und Glaspulver elektrostatisch oder im Wirbel bettverfahren auf den elektrischen Leiter aufgebracht; anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung des beschich teten Drahtes, etwa bis 400°C, wobei die Glasteilchen aufschmelzen und nach dem Erkalten die mineralischen Stoffteilchen miteinander verbinden. Anstelle des elektrostatischen Auftrages oder des Wirbelbettver fahrens können auch andere bekannte Techniken verwendet werden, wie Aufbringen des Pulvergemisches durch Flammspritzen oder Elektrophorese.For cables and wires that are also in the event of fire should continue to function for a longer period of time, are the electrical conductors with, for example mica-containing insulating layer - in the form of a Wrapping with mica tapes - provided (DE-OS 26 29 540). From DE-OS 30 07 341 are brand safe plastic-insulated electrical cables and Lei with one over each bare wire insulating layer containing incombustible materials known in which the insulating layer from a mixture of mineral substances, preferably on silicate basis, and one in the short term in the event of fire melting component as a binder. As mineral material serves mica and as a bandage medium glass, especially glass of low melting temperature temperature (350 to 450 ° C). To manufacture the insulation is a mixture of the mineral layers Material and glass powder electrostatically or in a vortex bed process applied to the electrical conductor; heat treatment of the coating is then carried out teten wire, about up to 400 ° C, the glass particles melt and after cooling the mineral Connect the fabric particles together. Instead of electrostatic order or the fluidized bed ver other known techniques can also be used how to apply the powder mixture Flame spraying or electrophoresis.

Die Herstellung von Isolierschichten in der beschrie benen Weise erweist sich dann als problematisch, wenn hochtemperaturfeste Isolierungen erforderlich sind; in diesem Fall kann nämlich kein Glas mit niederer Schmelztemperatur verwendet werden. Dann dauert aber die auf die Beschichtung folgende Wärmebehandlung, d. h. der Sinterprozeß, so lange, daß keine kontinuier liche Beschichtung mehr möglich ist. Gerade dies ist aber bei einem technischen Verfahren unerläßlich. Außerdem hat sich gezeigt, daß nach dem bekannten Ver fahren hergestellte Isolierschichten aus Glas und Glimmer stärkeren mechanischen Beanspruchungen nicht standhalten und nicht wasserdicht sind, d. h. sie werden bereits nach einer Kondenswasserbildung leitend.The production of insulating layers in the described The same way proves to be problematic if high temperature resistant insulation is required; in in this case, no glass with a lower Melting temperature can be used. Then it lasts the heat treatment following the coating, d. H. the sintering process so long that no continuous coating is more possible. This is exactly but indispensable in a technical process. It has also been shown that according to the known Ver insulating layers made of glass and Mica does not exert greater mechanical stress withstand and are not waterproof, d. H. you will be already conductive after condensation.

Aufgbe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her stellung von Isolierschichten für elektrische Kabel und Leitungen auf der Basis von Glas und Glimmer in der Weise auszu gestalten, daß auch bei der Herstellung hochtemperatur fester Schichten eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich ist, und daß die erhaltenen Isolierschichten wasserdicht und mechanisch stabil sind.The object of the invention is to produce a process provision of insulating layers for electrical cables and wires based on glass and mica shape that even in the manufacture of high temperature solid layers a continuous way of working is possible, and that the insulating layers obtained are waterproof and mechanically stable.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Glas- und Glimmerpulver zusammen gesintert werden, daß das pulverisierte Sinterprodukt elektrophoretisch auf dem metallischen Leiter abgeschieden und anschließend gesintert wird, und daß auf die Glas/Glimmer-Schicht elektrophoretisch eine Schicht aus Glimmer und Siliconkautschuk aufgebracht und anschließend gehärtet wird.This is achieved according to the invention in that glass and mica powder are sintered together that the powdered sintered product electrophoretically on the metal conductor deposited and then is sintered, and that on the glass / mica layer a layer of mica and electrophoresis Silicone rubber applied and then hardened becomes.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in hervor ragender Weise zur kontinuierlichen Herstellung hoch temperaturfester Isolierungen auf elektrischen Leitern. Der Sinterprozeß dauert hierbei im allgemeinen nämlich lediglich ca. 30 s, während bei bekannten Verfahren - bei der Herstellung entsprechender Isolierschichten - der Sinterprozeß eine Zeit von etwa 3 bis 5 min in Anspruch nimmt.The method according to the invention is suitable in toweringly high for continuous manufacturing temperature-resistant insulation on electrical conductors. The sintering process generally lasts here only approx. 30 s, while with known methods - in the production of appropriate insulating layers - the sintering process takes about 3 to 5 minutes Takes up.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten weisen eine gute mechanische Stabili tät, sowohl gegen Druck als auch gegen Schlag, auf und sie sind wasserdicht. Darüber hinaus besitzen diese Schichten eine hohe Abriebfestigkeit und eine gute Biegefestigkeit, d. h. beschichtete Drähte können bis zu einem Biegeradius von weniger als 5 cm gebogen werden. Kabel und Leitungen mit nach dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten sind bei einer Temperatur von 800°C und einer (Wechsel-)Span nung von 220 V über 3 h spannungsfest. Those produced by the process according to the invention Insulating layers have good mechanical stability against both pressure and blow, on and they are waterproof. They also own Layers of high abrasion resistance and good Bending strength, d. H. coated wires can up bent to a bending radius of less than 5 cm will. Cables and wires according to the Invention Insulating layers produced according to the method at a temperature of 800 ° C and a (alternating) chip voltage of 220 V for 3 h.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß damit Isolierschichten mit gleich mäßiger Zusammensetzung hergestellt werden können. Bei der gleichzeitigen elektrophoretischen Abscheidung von zwei Komponenten, d. h. Glas und Glimmer, ergibt sich dagegen die Gefahr, daß - infolge unterschiedlicher Abscheidungsgeschwindigkeiten - eine Komponente bevor zugt abgeschieden wird. Bei einem kontinuierlichen Betrieb über einen längeren Zeitraum würde sich dann eine Änderung der Zusammensetzung der Isolierschicht und damit eine mögliche Verschlechterung der Eigen schaften ergeben.Another advantage of the method according to the invention consists in the fact that insulating layers with the same moderate composition can be produced. At the simultaneous electrophoretic deposition of two components, d. H. Glass and mica result on the other hand the danger that - as a result of different Deposition speeds - one component ahead train is deposited. With a continuous Operation over a longer period of time would then decrease a change in the composition of the insulating layer and thus a possible deterioration of the own properties result.

Zusammenfassend stellt sich das erfindungsgemäße Verfah ren folgendermaßen dar: Durch Versintern von Glas- und Glimmerpulver wird ein Produkt erhalten, das in pulverisierter Form - und, wie üblich, in Wasser suspendiert - durch Elektrophorese kontinuierlich auf Drähten, d. h. elektrischen Leitern, abgeschieden und zu einer feuerfesten Beschichtung versintert werden kann. Die auf diese Weise erhaltene Schicht ist abriebfest und ausreichend elastisch, wird aber bei der Einwirkung von Wasser leitend. Deshalb wird auf die Glas/Glimmer- Schicht eine zweite Schicht aus Glimmer/Siliconkautschuk aufgebracht, die wasserdicht ist. Das Aufbringen der zweiten Schicht auf die erste erfolgt ebenfalls elektro phoretisch (die Erzeugung von Isolierschichten durch Glimmer-Elektrophorese allgemein ist beschrieben in "Siemens-Zeit schrift", 44. Jahrg., 1970, Seiten 231 bis 233, sowie DE-PS 10 07 593); dies ist deshalb möglich, weil die erste Schicht porös ist.In summary, the method according to the invention is presented are as follows: By sintering glass and Mica powder will get a product that is in powdered form - and, as usual, in water suspended - continuously by electrophoresis Wires, d. H. electrical conductors, deposited and closed a refractory coating can be sintered. The layer obtained in this way is resistant to abrasion and sufficiently elastic, but becomes when exposed of water conductive. Therefore, the glass / mica Layer a second layer of mica / silicone rubber applied, which is waterproof. Applying the second layer on the first is also done electro phoretically (the generation of insulating layers by Mica electrophoresis in general is described in "Siemens Time schrift ", 44th year, 1970, pages 231 to 233, and DE-PS 10 07 593); this is possible because the first layer is porous.

Das Verhältnis zwischen Glas und Glimmer beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise etwa 1 : 3 und dasjenige zwischen Glimmer und Siliconkautschuk vor zugweise annähernd 1 : 1. Die Temperatur beim Sinter prozeß beträgt ca. 1000°C, diejenige bei der Härtung der Glimmer/Siliconkautschuk-Schicht ca. 350°C.The relationship between glass and mica is inventive method preferably about 1: 3 and that between mica and silicone rubber preferably approximately 1: 1. The temperature during sintering process is approx. 1000 ° C, that during hardening the mica / silicone rubber layer approx. 350 ° C.

Die einzelnen Adern, die jeweils eine Isolierschicht aufweisen, werden, soweit erforderlich, zusammengefaßt und mit einer geeigneten Isolierung versehen. Hierzu kann nicht, wie sonst üblich, Polyvinylchlorid ver wendet werden. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß für die Außenisolierung kohlenstoffarmes Material einzu setzen ist, um elektrische Durchschläge zu verhindern. Vorteilhaft wird zu diesem Zweck deshalb Silicon kautschuk bzw. Silicongummi verwendet. Im Brandfall wird diese Außenisolierung - durch Verbrennen der organischen Bestandteile - unter SiO₂-Bildung zwar teilweise zerstört, die Isolierschichten auf den Adern bleiben jedoch erhalten, wodurch eine einwandfreie Funktion der Kabel und Leitungen gewährleistet ist. Das SiO₂ wird beim Verbrennen der Außenisolierung zwar in voluminöser Form gebildet, es ist aber trotzdem so fest, daß es als Abstandshalter für die einzelnen Adern dient. Gleichzeitig wirkt das voluminöse SiO₂ auch wärmeisolierend.If necessary, the individual cores, each of which has an insulating layer, are combined and provided with suitable insulation. As usual, polyvinyl chloride cannot be used for this purpose. Rather, it has been shown that low-carbon material is to be used for the outer insulation in order to prevent electrical breakdowns. For this purpose, silicone rubber or silicone rubber is advantageously used. In the event of a fire, this external insulation is partially destroyed by burning the organic constituents with the formation of SiO ₂ , but the insulating layers on the wires remain intact, which ensures that the cables and lines function properly. The SiO ₂ is formed in voluminous form when the outer insulation is burned, but it is nevertheless so strong that it serves as a spacer for the individual wires. At the same time, the voluminous SiO ₂ also has a heat-insulating effect.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention is intended to be used on the basis of exemplary embodiments to be explained in more detail.

600 ml einer Glimmer/Wasser-Suspension (Feststoffan teil: ca. 255 g) werden mit 84 g Glaspulver (Teilchen größe: 1 bis 5 µm) versetzt, dann wird gut verrührt und das Gemisch im Trockenschrank bei ca. 230°C einge dampft und getrocknet. Nachfolgend wird das Glas/ Glimmer-Gemisch zu einem groben Pulver zerdrückt und eine Stunde bei ca. 1000°C gesintert. Nach langsamem Abkühlen wird ein hartes Produkt erhalten, das zer kleinert und dann gemahlen wird (Kugelmühle: zunächst ½ h trocken, dann 3 h naß). Die Suspension wird anschließend eingedampft und das pulverförmige Glas/ Glimmer-Sinterprodukt bei ca. 230°C getrocknet (Korngröße: ca. 1 µm).600 ml of a mica / water suspension (sol part: approx. 255 g) with 84 g glass powder (particles size: 1 to 5 µm), then stir well and the mixture in the drying cabinet at about 230 ° C. steams and dried. The glass / Mica mixture crushed into a coarse powder and sintered at 1000 ° C for one hour. After slow Cooling gives a hard product, which zer is crushed and then ground (ball mill: first ½ h dry, then 3 h wet). The suspension will then evaporated and the powdered glass / Mica sinter product dried at approx. 230 ° C (Grain size: approx. 1 µm).

Eine wäßrige Suspension des Glas/Glimmer-Sinterproduk tes wird zur elektrophoretischen Beschichtung von Kupferdrähten (Durchmesser: ca. 1 mm) eingesetzt; der Feststoffanteil der Suspension liegt etwa bei 425 g/l, die Abscheidespannung beträgt ca. 80 V. Ein bevorzugtes Beschichtungsverfahren ist in der DE-OS 32 33 517 - "Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen Beschichtung von Drähten" - beschrieben.An aqueous suspension of the glass / mica sinter product tes becomes the electrophoretic coating of Copper wires (diameter: approx. 1 mm) inserted; the Solids content of the suspension is approximately 425 g / l, the separation voltage is approximately 80 V. A preferred one Coating process is in the DE-OS 32 33 517 - "Process for continuous electrophoretic coating of wires "- described.

Zur Sinterung wird der beschichtete Draht anschließend durch ein in einem elektrisch beheizten Ofen (Ofen temperatur: ca. 1020°C) angeordnetes Quarzrohr geführt. Durch das Quarzrohr wird - entgegen der Bewegungsrich tung des Drahtes - ein Schutzgas, wie Argon, geleitet, um eine Oxidation des Kupfers zu verhindern. Nach dem Verlassen des Ofens wird der beschichtete Draht gekühlt und dann einer zweiten Beschichtungsvorrichtung zuge führt.The coated wire is then used for sintering through an in an electrically heated oven (oven temperature: approx. 1020 ° C) arranged quartz tube. Through the quartz tube - contrary to the direction of movement wire - a protective gas such as argon, to prevent oxidation of the copper. After this The coated wire is cooled when it leaves the furnace and then added to a second coating device leads.

In der zweiten Beschichtungsvorrichtung wird auf der Glas/Glimmer-Schicht elektrophoretisch eine Schicht aus Glimmer und Siliconkautschuk abgeschieden (Abscheidespannung: ca. 80 V). Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der mit Glas und Glimmer beschichtete Draht - vor der Abscheidung der Glimmer/ Siliconkautschuk-Schicht - angefeuchtet wird; hier durch wird nämlich die Abscheidung dieser Schicht ver bessert. Zur Beschichtung selbst dient eine wäßrige Glimmer/Siliconkautschuk-Suspension mit einem Fest stoffanteil von 250 g/l (Gehalt an Glimmer ca. 45% und an Siliconkautschuk ca. 55%). Nachfolgend wird in einem Ofen bei einer Temperatur von ca. 350°C getrocknet und die Glimmer/Siliconkautschuk-Schicht gehärtet.In the second coating device on the Glass / mica layer electrophoretically a layer deposited from mica and silicone rubber (Separation voltage: approx. 80 V). It turned out to be proven to be beneficial when using glass and mica coated wire - before depositing the mica / Silicone rubber layer - is moistened; here through the deposition of this layer is ver improves. An aqueous coating is used for the coating itself Mica / silicone rubber suspension with a solid content of 250 g / l (mica content approx. 45% and about 55% of silicone rubber). Below is in an oven at a temperature of approx. 350 ° C dried and the mica / silicone rubber layer hardened.

Die Spannungsfestigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten wurde bei 800°C und 220 V (Wechselspannung) getestet. Dazu wurde ein gebogener isolierter Draht an einem waagrecht gespannten, ebenfalls isolierten Draht aufgehängt. Über ein Milliamperemeter und eine Sicherung wurde an jeweils ein Drahtende die Spannung von 220 V angelegt (Voltmeter zur Spannungskontrolle). Der Stromkreis wurde dann über einen Schalter geschlossen und die beiden Drähte wurden an ihrer Berührungsstelle mit einem Bunsenbrenner auf ca. 800°C erhitzt.The dielectric strength of the according to the invention Insulation layers produced in the process 800 ° C and 220 V (AC voltage) tested. This was done a bent insulated wire on a horizontal tensioned, also insulated wire suspended. Over a milliammeter and a fuse was on one wire end each applied the voltage of 220 V. (Voltmeter for voltage control). The circuit was then closed via a switch and the both wires were touched at their point of contact heated to approx. 800 ° C in a Bunsen burner.

Bei den Untersuchungen zeigte sich, daß bereits die Glas/Glimmer-Schicht allein die geforderten Bedingungen bezüglich der Temperaturfestigkeit erfüllt, d. h. ein derart isolierter Draht kann mehr als 3 h auf 800°C erhitzt werden, ohne daß ein elektrischer Durchschlag erfolgt; während des gesamten Tests liegt der Wider stand oberhalb 10⁶ Ω. Eine Isolierung allein aus Glas und Glimmer hat aber, wie bereits ausgeführt, auch Nachteile. Außerdem platzen hierbei beim Entfernen der Flamme bzw. beim Abkühlen der Drähte große Teile der Isolierung ab.The investigations showed that the glass / mica layer alone already meets the required conditions with regard to the temperature resistance, ie a wire insulated in this way can be heated to 800 ° C. for more than 3 hours without causing an electrical breakdown; the resistance was above 10 ⁶ Ω throughout the test. Insulation made from glass and mica, however, has disadvantages, as already stated. In addition, large parts of the insulation break off when the flame is removed or the wires cool.

Unterwirft man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren isolierte Drähte, d. h. Drähte, die sowohl eine Glas/ Glimmer-Schicht als auch eine Glimmer/Siliconkautschuk- Schicht aufweisen, dem beschriebenen Test, so ver brennen in der Flamme zwar die organischen Bestandteile des Siliconkautschuks, eine Widerstandsänderung tritt hierbei aber nicht auf. Die verbleibende Isolier schicht ist unter den gegebenen Bedingungen - 800°C, 220 V - länger als 3 h beständig. Beim Abkühlen der Drähte tritt keine Zerstörung ein, d. h. die Isolierung bleibt erhalten.Subject to the process of the invention insulated wires, d. H. Wires that are both a glass / Mica layer as well as a mica / silicone rubber Have layer, the test described, so ver the organic components burn in the flame of the silicone rubber, a change in resistance occurs but not on this. The remaining insulation layer is under the given conditions - 800 ° C, 220 V - stable for longer than 3 hours. When cooling the Wires will not be destroyed, i. H. the insulation remains intact.

Claims

1. A method for producing insulating layers on the basis of glass and mica for electrical cables and wires, characterized in that glass and mica powder are sintered together, that the powdered sintered product is deposited electrophoretically on the metallic conductor and then sintered, and that the glass / mica layer is electrophoretically applied a layer of mica and silicone rubber and then hardened.

2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that glass and mica approximately be used in a ratio of 1: 3.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the sintering at a temperature of about 1000 ° C is carried out.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that Mica and silicone rubber almost in proportion of 1: 1 can be used.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the mica / silicone rubber layer at a Temperature of about 350 ° C is cured.