DE3821107C2 - Ölfestes und halogenfreies elektrisches Kabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit mindestens einem von einer Isolierhülle aus einem halogenfreien Isolierwerkstoff umgebenen elektrischen Leiter und einem Mantel aus einem halogenfreien Mantelwerkstoff.

Es ist bekannt, in Innenanlagen mit hoher Sachwert­ und/oder Personenkonzentration flammwidrig ausgerüstete elektrische Kabel einzusetzen.

Die bisher üblichen halogenhaltigen Kabel, z. B. mit PVC-Isolierung und -Mantel, spalten im Brandfall stark toxische und korrosive Gase und dichten schwarzen Rauch ab. Dadurch werden nicht nur Menschenleben gefährdet und Rettungsarbeiten erschwert, sondern auch Sachgüter in Folge von Korrosion beschädigt.

Desweiteren ist bekannt, statt der üblichen halogenhaltigen Kabel flammwidrige, halogenfreie Kabel einzusetzen, die durch Beimengungen von Metalloxyden und Aluminiumhydraten in der Isolierung bzw. im Mantel oberhalb von 200°C Wasser abspalten. Dadurch wird im Brandfall um das Kabel ein sauerstoffverdrängendes Schutzgas gebildet. Der Vorgang, bei dem Wasser abgespalten wird, verläuft endotherm, so daß das Kabel zusätzlich gekühlt wird.

Halogenfreie Kabel mit derart modifiziertem Polyäthylen und EPR haben ein günstigeres Brandverhalten als PVC-Kabel. Normale PVC-Kabel brennen im Brandversuch oft vollkommen ab; dagegen werden die flammwidrigen halogenfreien Kabel nur im Einflußbereich der Zündflamme angegriffen.

Nachteilig an diesen, mit modifizierten halogenfreien Werkstoffen ausgerüsteten Kabeln ist jedoch, daß sie eine geringere mechanische Festigkeit aufweisen und nicht gegen Kohlenwasserstoffverbindungen wie Öle, Fette, etc. oder gewisse andere Chemikalien beständig sind. Darüber hinaus weisen sie auch geringere dielektrische Werte auf. Bezüglich ihres Isolationswiderstandes sind sie zudem den herkömmlichen PVC-Kabeln gegenüber unterlegen.

Insbesondere wirken sich diese Nachteile bei der Verlegung in Schiffsrümpfen oder Fahrzeugen aus, da dort häufig durch die beengten Raumverhältnisse eine sorgfältige Verlegung erschwert wird. Die Umgebungsbedingungen in der Nähe der Antriebsaggregate führen außerdem zu chemischen und mechanischen Belastungen der Kabel. In deren Folge werden die Kabel leicht beschädigt. Besonders in der Bilsch von Schiffsrümpfen führen die vorhandenen Schwingungen und Vibrationen sowie die Verwindungen des Schiffskörpers in Verbindung mit Öl- und Meerwasser zu ungünstigen Betriebsbedingungen.

In der DE 36 06 683 A1 ist eine flammwidrig und halogenfrei ausgebildete zweischichtige elektrische Isolierung für offen verseilte Leitungen beschrieben. Die dickere innere Schicht aus Polyphenylenoxid weist gute elektrische Eigenschaften auf und dient als eigentliche elektrische Isolierung, während die dünnere äußere Schicht aus Polyamid verschleißfest ist.

Aus der Zeitschrift "nachrichten elektronik", 36 (1982), Heft 8, Seite 354, ist ein Glasfaser-Seekabel bekannt, dessen Mantel aus Polyurethan besteht, um so mechanischen Schneid- und Reib-Beanspruchungen z. B. durch Schiffsanker oder Schleppnetze standhalten zu können.

Die DE-OS 23 65 066 betrifft ein elektrisches Kabel mit einem elektrischen Leiter, der von einer halbleitenden Lage umgeben ist. Direkt über diese Lage ist eine Lage aus einer synthetischen Gummizusammensetzung extrudiert. Darüber sind eine Polyäthylenisolierung, eine weitere halbleitende Lage, eine Abschirmbewicklung sowie eine extrudierte Schutzummantelung vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein flammwidriges Kabel zu schaffen, das die Vorteile der halogenfreien Kabel mit denen der herkömmlichen Kabel hinsichtlich mechanischer Festigkeit und chemischer Widerstandsfähigkeit verbindet sowie gute elektrische Übertragungseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Mantelwerkstoff eine flammwidrige Copolymer-Mischung mit einem "limited oxygen index" (LOI) von mindestens 28% verwendet ist und der Mantel eine Schichtdicke von 0,5 bis 3 mm aufweist. Über dem Mantel ist eine Hülle aus einem gegen Kohlenwasserstoffverbindungen beständigen Werkstoff vorgesehen, die eine Schichtdicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.

Das Kabel mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 weist ein gutes Verhalten im Brandfall auf, da es flammwidrig ist und keine giftigen oder korrosiven Gase freigesetzt werden. Zudem ist eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute Widerstandsfähigkeit des Kabels gegenüber Kohlenwasserstoffverbindungen gewährleistet. Dabei stellen die angegebenen Dimensionierungen des Mantels und der ihn umgebenden Hülle sowie der angegebene Flammwidrigkeitswert des Mantels ein günstiges Optimum zwischen ausreichender Flammwidrigkeit, Chemikalien- Beständigkeit sowie erhöhter mechanischer Standfestigkeit dar. Das erfindungsgemäße Kabel eignet sich insbesondere für die Verlegung in Schiffsrümpfen und Fahrzeugen sowie für den Einsatz in der Petrochemie, da es gegenüber Ölen unempfindlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Kabels möglich.

Besonders Polyurethan und Polyamid weisen eine gute Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und sonstigen Chemikalien auf. Obwohl diese Materialien brennbar sind, hat sich überraschenderweise trotzdem eine ausreichende Flammwidrigkeit im Versuch herausgestellt.

Für einen besonders guten Flammschutz des Kabels ist es von Vorteil, wenn unter dem Mantel ein Polster aus einem gummiähnlichen Werkstoff mit hoher Flammwidrigkeit angeordnet ist.

Die unterschiedlichen Schichten mit ihren verschiedenen Flammwidrigkeitswerten im Zusammenwirken mit den Schichtstärken führen zu einem besonders guten flammwidrigen Verhalten, ohne die Handhabung des Kabels bei der Verlegung zu erschweren.

Der besonders gelungene Kompromiß der unterschiedlichen, an ein Kabel zu stellenden Anforderungen weist, wenn die Isolierhülle eines Leiters aus einem nicht flammwidrigen Isolierwerkstoff besteht, auch besonders günstige elektrische Eigenschaften auf.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Die Leiter (1) aus Kupfer oder Aluminium sind mit einer Isolierhülle (2) aus einem geeigneten, vorzugsweise unmodifizierten, halogenfreien Isolierwerkstoff umgeben.

Der Isolierwerkstoff besteht vorzugsweise aus elektrisch hochwertigem, vernetztem oder unvernetztem Polyäthylen oder EPR. Die Isolierwerkstoffe brauchen überraschenderweise nicht flammhemmend zu sein.

Ein oder mehrere zusammengefaßte isolierte Leiter sind mit einem Polster (3) aus einem gummiähnlichen, halogenfreien Werkstoff umgeben, der eine sehr hohe Flammwidrigkeit, vorzugsweise einen "limited oxygen Index" (LOI) 40% aufweist. Das Polster (3) dient als Flammschutzbarriere für die nicht flammwidrige Isolierhülle (2).

Der "limited oxygen index" ist ein Maß für die Flammwidrigkeit eines Werkstoffs. Er gibt den Sauerstoffgehalt in der den Werkstoff umgebenden Atmosphäre an, bei dem die Flamme des brennenden Werkstoffs gerade erlischt.

Über dem Polster (3) ist ein halogenfreier Mantel (4) aufgebracht. Dieser Mantel ist weitgehendst flammwidrig mit einem LOI 28%. Seine mechanische Festigkeit beträgt vorzugsweise mehr als 8 N/mm² und schützt somit das Kabel gegen Beschädigungen durch mittlere Beanspruchungen während des Verlegens und im Betrieb. Als Mantelwerkstoff ist ein vernetztes oder unvernetztes Copolymer verwendet.

Um diesen Mantel (4) herum ist eine dünne Hülle (5) aus halogenfreiem Polyamid aufgebracht. Durch die hohe mechanische Festigkeit der Polyamid-Hülle (5) wird das Kabel in seiner mechanischen Haltbarkeit verstärkt, ohne daß sein flammwidriges Verhalten merkbar beeinträchtigt wird.

Zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind alle in der Kabeltechnik üblichen Variationen möglich. Zum Beispiel können unter dem Mantel (4) metallische Umhüllungen wie Geflechte, Schirme, Armierungen etc. vorgesehen werden.

Auch können für die Isolierhülle (2) flammwidrig ausgerüstete Isolierwerkstoffe in Verbindung mit weiteren Flammschutzbarrieren, z. B. aus Glasseiden- oder Glimmer- Glasseidenband verwendet werden. Diese Ausführung wird dann vorgesehen, wenn eine definierte Standzeit des Isoliervermögens unter Feuereinwirkung gewünscht wird.

Die Leiter (1) und Isolierhüllen (2) können auch in Adergruppen, die einzeln geschirmt sein können, angeordnet sein.

Falls die Flammwidrigkeitsanforderungen niedriger sind, kann auch auf das Polster (3) zugunsten einer einfachen Bebänderung oder ähnl. verzichtet werden.

Claims (7)

1. Elektrisches Kabel mit mindestens einem von einer Isolierhülle aus einem halogenfreien Isolierwerkstoff umgebenen elektrischen Leiter und einem Mantel aus einem halogenfreien Mantelwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß

• - als Mantelwerkstoff eine flammwidrige Copolymer-Mischung mit einem LOI von mindestens 28% verwendet ist,
• - der Mantel (4) eine Schichtdicke von 0,5 bis 3 mm aufweist,
• - über dem Mantel (4) eine Hülle (5) aus einem gegen Kohlenwasserstoffverbindungen beständigen Werkstoff vorgesehen ist
• - und die Hülle (5) eine Schichtdicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (5) aus Polyamid ausgebildet ist.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (5) aus Polyurethan ausgebildet ist.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Mantel (4) ein Polster (3) aus einem gummiähnlichen Werkstoff mit hoher Flammwidrigkeit angeordnet ist.

5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Polsters (3) einen LOI von mindestens 40% aufweist.

6. Kabel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Polsters (3) zwischen 0,3 und 2,5 mm beträgt.

7. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülle (2) aus einem nichtflammwidrigen Isolierwerkstoff besteht.