DE3643381A1 - Elektrisches niederspannungskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Niederspannungskabel, welches unter strikten Betriebsbedingungen arbeiten soll, insbesondere bei hohen Temperaturen in Luftfahrzeugen, speziellen Anlagen usw..

Elektrische Kabel für den genannten Verwendungszweck bestehen allgemein aus einem Leiter und einer oder mehreren Isolierlagen aus extrudiertem Polymer mit hoher Schmelztemperatur und sehr guten mechanischen Eigenschaften, wobei diese Polymere oftmals als "Technopolymere" bezeichnet werden.

Diese Kabel müssen zusätzlich zu sehr guten mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur einen Widerstand gegen Alterung durch Wärme haben, d. h. einen Widerstand gegen vorzeitiges Verschlechtern der Isolierung als Folge der Betriebstemperatur.

Bei den bekannten Kabeln werden die guten mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur erhalten durch Vernetzung mittels Strahlung der extrudierten Isolierung, die aus einer oder mehreren Lagen aus Polymeren, wie beispielsweise aus einem Äthylentetrafluoräthylencopolymer (ETFE), welches verschiedene Vernetzungsmittel enthält, mit hohen Strahlungsdosen der Größenordnung von 30 Mrad und höher. Jedoch hat dieses System einen negativen Effekt auf den Alterungswiderstand der im Gegensatz dazu verbessert wird mit niedrigeren Strahlungsdosen im Bereich von 5 bis 10 Mrad.

Dafür stehen die beiden Anforderungen einander entgegen, und die gegenwärtige Praxis besteht darin, eine dazwischen liegende Strahlungsdosierung zu verwenden, was einem mehr oder weniger zufriedenstellenden Kompromiß zwischen den beiden genannten Anforderungen darstellt, ohne daß es jedoch ermöglicht wird, eine der beiden Eigenschaften optimal zu erhalten.

Demgemäß besteht ein Zweck der vorliegenden Erfindung darin, die oben genannten Begrenzungen zu überwinden mittels eines verbesserten Kabels, bei welchem keine Interdepedenz zwischen diesen beiden Eigenschaften vorhanden ist, so daß die extrudierte Isolierung mit niedrigen Strahlungsdosierungen vernetzt werden kann, oder gegebenenfalls überhaupt nicht vernetzt wird, ohne die Leistung des Kabels bei hohen Betriebstemperaturen zu beeinträchtigen.

Die Erfindung besteht aus einem elektrischen Niederspannungskabel, welches einen langgestreckten Leiter aufweist, der mit wenigstens einer extrudierten Isolierlage überzogen ist. Gemäß der Erfindung ist das Kabel dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierlacküberzug vorgesehen wird, der durch Emaillieren rund um eine oder mehrere der extrudierten Isolierlagen aufgebracht wird.

Die Materialien, welche die extrudierte Isolierlagen oder die extrudierten Isolierlagen bilden, können dargestellt sein durch fluorisierte Polymere, beispielsweise durch ein Äthylentetrafluoräthylencopolymer, welches als "Tefzel" (Du Pont) bekannt ist, oder auch durch ein Polyvenylidenfluorid, durch aromatische Polymere, wie beispielsweise Polyesterimide, Polysulfone, Polyestersulfone usw., wobei diese entweder vernetzt oder nicht vernetzt sind.

Die den Isolierüberzug, der durch Emaillieren aufgebracht wird, bildenden Materialien können beispielsweise dargestellt sein durch Polyimide, Polyesterimide, Polyamide, Polyester usw..

Der Schutzemailüberzug hat eine Dicke zwischen 5 und 30% der Dicke der extrudierten Isolierung, wobei die Dicke vorzugsweise zwischen 7 und 15% liegt. Der Überzug wird auf das Kabel mittels einem Emailbades aufgebracht, welches das Isoliermaterial enthält, welches überlicherweise vernetzbar und in einem zweckentsprechenden Lösungsmittel aufgelöst ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Kabels gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des Kabels gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des Kabels gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Kabels gemäß der Erfindung. Das Kabel umfaßt einen Metalleiter 1, der beispielsweise aus Kupfer besteht und von einer extrudierten Isolierlage 2 umgeben ist, die beispielsweise ein Äthylentetrafluoräthylencopolymer (ETFE) ist, welches durch Betrahlung vernetzt ist, sowie eine Polyamidlage 3, die durch Emaillieren rund um die extrudierte Isolierung 2 aufgebracht ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Leiter 11 von zwei extrudierten Isolierlagen 12 und 13 umgeben, rund um welche die Schutzemaillage 15 vorgesehen ist. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, um ein Kabel zu schaffen, welches bei einem Nutausbreitungstest beständig ist.

Eine andere Ausführungsform, die sich als besonders widerstandsfähig gegenüber der Ausbreitung einer Nut oder dergleichen erwiesen hat, ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3, bei welcher die beiden extrudierten Isolierlagen 22 und 23 nicht einander benachbart aufgebracht sind, sondern mit der Zwischenanordnung des isolierenden Emailüberzuges 25.

Insbesondere ist der Leiter 21 von einer extrudierten Isolierlage 22 umgeben, auf welche der Überzug 25 durch Emaillieren aufgebracht ist. Nach dem Trocknen des Lösungsmittels und der Vernetzung des Polymers wird die Isolierlage 23 auf den Überzug 25 extrudiert.

Die Dicke der isolierenden Emaillage 3, 15 oder 25 liegt zwischen 5% und 30%, und vorzugsweise zwischen 10% und 15% der Dicke der extrudierten Isolierlage oder -lagen 2, 12, 13, 22, 23.

Das die extrudierten Isolierlagen 2, 12, 13, 22, 23 bildende Material kann vernetzt oder nicht vernetzt sein, und die Vernetzung kann durch Bestrahlung für die beiden Lagen gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen.

Der Schutzemailüberzug wird wie folgt erhalten: Es wird ein Bad hergestellt mit einem Lösungsmittel wie N-methylpyrrolidon und mit einer Polymermenge zwischen 4 und 10 Gewichtsprozent des Lösungsmittels. Der Leiter, der mit wenigstens einer extrudierten Isolierlage überzogen ist, wird durch das Bad mit dem im Lösungsmittel aufgelösten Polymer geführt, wonach er über eine Form eines vorbestimmten Durchmessers läuft, der die Überzugsdicke bestimmt. Hiernach tritt der Leiter in einen horizontalen oder vertikalen Ofen ein, wo das Lösungsmittel getrocknet und das Polymer vernetzt wird.

Auf diese Weise erhaltene Proben wurden beschleunigten Alterungstesten unterworfen, bei denen einen Kabellänge auf einem Dorn zu U-Gestalt gebildet und an seinen Enden mit gleichen Gewichten belastet, sowie in einem Ofen bei 300°C während sieben Stunden gehalten wurde. Die Kabellänge wurde dann abkühlen gelassen und vollständig um den Dorn gewickelt, und zwar zuerst in einer Richtung und dann in entgegengesetzter Richtung. Danach erfolgte ein Eintauchen in Wasser und schließlich wurde ein Spannungstest mit einer Spannung von 3 kV an dem Leiter ausgeführt. Ein Nichtpassieren des Spannungstestes kann auf einer Verformung der Isolierung auf dem Dorn bei 300°C, auf schlechter Vernetzung oder auf einer Beschädigung der Isolierung beruhen, die während des Kaltbiegevorgangs oder Kaltwickelvorgangs spröde wurde als Folge übermäßiger Vernetzung, die, während sie eine Verformung bei hoher Temperatur verhindert, dennoch den Alterungswiderstand verschlechtert, wie es durch den oben beschriebenen Test gezeigt wurde.

In der nachstehenden Tabelle sind die Versuchsdaten angegeben, die von einer gewissen Anzahl von Kabelproben erhalten wurden, wobei alle Kabel mit einem 19 AWG-verzinnten Kupferleiter versehen waren.

Die Proben A und B, die mit einer ETFE-Isolierung eine Dicke von 0,25 mm versehen waren, wurden mit 30 bzw. 15 Mrad vernetzt.

Die Proben C und D, die mit einer Isolierung aus zwei ETFE- Lagen einer Gesamtdicke von 0,25 mm versehen wurden, wurden mit 30 bzw. 15 Mrad vernetzt.

Keine der vier Proben A bis D, die gemäß einer bekannten Technik hergestellt wurden, passierten den Alterungs- und Spannungstest, und die Noten zeigen das auftretende Versagen an als eine Funktion des Vernetzungsgrades.

Proben E und F gemäß der Erfindung wurden vorgesehen mit einer extrudierten und vernetzten Isolierung entsprechend den Proben B und D, und mit einem Polyimidüberzug einer Dicke von 15 µm. Diese beiden Proben hatten einen Aufbau gemäß der Fig. 1 bzw. der Fig. 2. Beide Proben passierten den Test.

Eine Probe G, die mit einer Isolierung aus Vinylidenfluorid (PVDF) versehen war, passierte den Test nicht, wohingegen eine Probe H, die mit einem Überzug gemäß der Erfindung versehen war, den Test passierte.

Die Proben I und L ergaben Ergebnissse ähnlich den Ergebnissen der Proben G und H bei Anwendung von Polysulfon und höheren Bestrahlungsdosen.

Die Proben A bis L waren mit einer extrudierten vernetzten Isolierung versehen, wohingegen die nachfolgenden Proben M und N mit einer Isolierung aus thermoplastischem Material versehen waren, beispielsweise mit nicht vernetztem TEFZEL. Während die Probe M den Test als Folge der Verformung an dem Dorn nicht passierte, zeigte die Probe N, die der vorhergehenden gleich war, jedoch zusätzlich einen Isolierüberzug einer Dicke von 15 µm, kein Versagen der Isolierung.

Mit der Erfindung werden die zugrundeliegenden Zwecke erreicht. Tatsächlich ergibt der isolierende Lacküberzug, der durch Emaillieren aufgebracht ist, für das Kabel einen Wärmewiderstand bzw. eine Wärmebeständigkeit derart, daß es möglich ist, den Vernetzungsgrad der extrudierten Isolierung angemessen auszuwählen, um einen hohen Widerstand gegen Alterung zu erhalten.

Weiterhin wird das Aufbringen des Überzugs erhalten mittels eines einfachen Emaillierverfahrens, so daß demgemäß keine besondere Ausrüstung erfoderlich ist und auch keine komplizierte Konstruktion, die negative Wirkung auf die Produktivität oder auf die Kosten des Endproduktes haben könnten.

Obwohl die Erfindung erläutert ist mit besonderer Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen und auf besondere und bevorzugte Arten von Polymeren, sowohl für die extrudierte Isolierung wie für die Überzugslage, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung verschiedene Änderungen möglich.

Claims (10)

1. Elektrisches Niederspannungskabel mit einem langgestreckten Leiter (1), der mit wenigstens einer extrudierten Isolierlage überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß rund um eine oder mehrere der extrudierten Isolierlagen (z. B. 2) ein Isolierlacküberzug (beispielsweise 5) vorgesehen ist, der mittels Emaillierens aufgebracht ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste extrudierte Isolierlage (22) rund um den Leiter (21), und eine zweite extrudierte Isolierlage (23) rund um den isolierenden Emailüberzug (25) aufgebracht ist.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des isolierenden Emailüberzugs zwischen 5% und 30% der Dicke der darunterliegenden extrudierten Lage oder extrudierten Lagen beträgt.

4. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des isolierenden Emailüberzugs (25) zwischen 5% und 30% der Gesamtdicke der extrudierten Isolierlagen (22, 23) beträgt.

5. Kabel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierten Isolierlagen aus thermoplastischen Polymeren gebildet sind.

6. Kabel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierten Isolierlagen aus vernetzten Polymeren gebildet sind.

7. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolieremail ein Polyimid ist.

8. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolieremail ein Polyesterimid ist.

9. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolieremail ein Polyamid ist.

10. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolieremail ein Polyester ist.