DE3919502A1 - Ein- oder mehradriges elektrisches kabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ein- oder mehradriges elektrisches Kabel mit den Leiter umschließender Isolierung aus vernetzten oder unvernetzten polymeren Werkstoffen.

Bereits seit einiger Zeit werden an die Industrie immer wieder Forderungen nach feuerbeständigen elektrischen Kabeln herangetragen, die der Energieversorgung oder auch der Nachrichtenübermittlung dienen. Ursache hierfür sind offenbar spektakuläre Brandfälle in Industrie- und Wohngebäuden, die zu erheblichen Sach- und Personenschäden geführt haben. Eine Feuerbeständigkeit erscheint deshalb so wichtig, damit die Kabel ihre Funktion so lange wie möglich durchführen können, ohne daß es zu einem Ausfall der allgemeinen Stromversorgung oder der Steuer- bzw. Fernmeldesysteme kommt. Gerade in den geschilderten Notsituationen kann es entscheidend darauf ankommen, ob bestimmte Anlagen oder Einrichtungen auf jeden Fall weiter betrieben oder Signale und Informationen zu Steuerzwecken auch nach dem Unglücksfall noch übermittelt werden können.

Es gibt deshalb auch schon eine Reihe von Vorschlägen, elektrische Kabel zum Funktionserhalt im Brandfall mit besonderen Schichten auszustatten, die trotz der im Brandfall erhöhten Außentemperaturen noch über eine gewisse Zeit, möglichst bis zu einigen Stunden, die Funktionsfähigkeit des Kabels gewährleisten. So ist z.B. eine Ausführungsform bekannt (DE-OS 25 51 568), nach der ein auf Schiffen und in Transportfahrzeugen verwendetes Kabel über dem elektrischen Leiter zunächst eine Bewicklung aus einem mit Silikonharz imprägnierten Band aus Glimmerpapier aufweist, über der eine temperaturbeständige Kunststoffolie mit überlappenden Bandkanten aufgewickelt ist. Die äußerste Kunststoffolienlage ist eine Schrumpfgarnumflechtung.

Ein anderes feuerbeständiges elektrisches Kabel (DE-PS 28 00 688) enthält über jedem Einzelleiter ein gewickeltes Glimmerband sowie eine darüberliegende Isolierung aus mit Aluminium-Hydroxid gefüllten thermoplastischen Elastomeren. Als äußerer Schutzmantel dient eine geflochtene Metallpanzerumhüllung.

Nachteilig bei diesen bekannten Konstruktionen ist vor allem der durch den einzelnen Schichtenaufbau unterschiedlich zu handhabender Materialien erhöhte fertigungstechnische Aufwand.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, den Funktionserhalt des Kabels nach wie vor zu gewährleisten, den Kabelaufbau jedoch zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die den Leiter umschließende Isolierung aus polymeren Werkstoffen Glimmer in zur Leiteroberfläche parallel ausgerichteter Form enthält. Abweichend von dem bekannten Schichtenaufbau feuergeschützter Kabel geht die Erfindung von der Überlegung aus, den für die Isolierung der Kabel verwendeten Werkstoff, der sich in der Praxis bewährt hat, so zu ertüchtigen, daß auch im Brandfall der geforderte Funktionserhalt erhalten bleibt. Darüberhinaus behält die erfindungsgemäße Isolierung auch bei Wassereinbruch in das Kabel die isolierenden Eigenschaften bei.

Um den geforderten Funktionserhalt sicher zu gewährleisten, beträgt in Weiterführung des Erfindungsgedankens der Volumenanteil des polymeren Werkstoffes im Verhältnis zum Glimmer 10-60%, vorzugsweise 20-40%. Dieser hohe Glimmeranteil sichert der erfindungsgemäßen Isolierung sehr gute feuerfeste Eigenschaften.

Als zusätzliche, insbesondere im Brandfall die Glimmer enthaltende Isolierung abstützende Bewehrung dient nach einem weiteren Erfindungsgedanken eine Bewicklung aus Glasseide in Form von Fäden, Bändern oder einem Geflecht. Die Bänder können auch beschichtet sein, ebenso haben sich Metallgeflechte bewährt.

Wesentlich für die Erfindung ist ferner die Herstellung des Kabels, das ein- oder mehradrig sein kann. Der elektrische Leiter wird mit einer glimmerbeschichteten Folie oder einem entsprechenden Band aus einem polymeren Werkstoff in mindestens einer Lage umwickelt und anschließend wird der umwickelte Leiter einer Temperaturbehandlung unterworfen. Die Höhe der Temperatur ist so gewählt, daß während der Behandlung der polymere Werkstoff aufgeschmolzen und, falls erwünscht, gegebenenfalls auch dabei gleichzeitig vernetzt wird. Eine nach der Erfindung ausgebildete Isolierung ist in beliebigen Längen herstellbar. Nach der Temperaturbehandlung liegt eine kompakte Isolierung vor, die von sich aus den elektrischen Anforderungen vollauf genügt. Gegenüber einer extrudierten Kabelisolierung hat die erfindungsgemäße gewickelte und anschließend verbackene Ausführung den Vorteil, daß die Glimmerplättchen beim Bandieren lagenweise erhalten bleiben. Hinzu kommt, daß mit einer glimmerbeschichteten Kunststoffolie oder einem entsprechend ausgerüsteten Band mehr Glimmermaterial in die Isolierung eingebracht werden kann, als es auf andere Weise möglich ist.

Die nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte kompakte Isolierung kann unvernetzt bleiben, sie kann aber auch mittels heute üblicher Vernetzungsverfahren in den vernetzten Zustand überführt werden. So kann das Aufschmelzen des zunächst in Bandform aufgebrachten polymeren Isoliermaterials mit einem Vernetzungsvorgang kombiniert werden, wenn die Vernetzung auf peroxidischem Wege erfolgen soll. Man kamn aber auch den Vernetzungsmechanismus durch Anwendung von Feuchtigkeit einleiten, wenn das verwendete Polymermaterial nach Aufpfropfen von Silanverbindungen für diesen Vernetzungsvorgang vorbereitet ist. Ebenso ist die seit langem bekannte Strahlenvernetzung des Polymermaterials für die Zwecke der Erfindung anwendbar.

Die glimmerbeschichteten Folien oder Bänder können längseinlaufend auf den Leiter aufgebracht werden. Da diese Form des Aufbringens jedoch nur eine extrem dünne Isolierung zuläßt hat es sich in Durchführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, die glimmerbeschichteten Bänder oder Folien auf Stoß gewickelt aufzubringen oder auch in der Weise, daß die Kantenbereiche jeder benachbarten Windung einander überlappen. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl der aufzubringenden Lagen der geforderten Isolierwandstärke anzupassen.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt den Leiter 1 eines sogenannten Niederspannungs-Verteilerkabels, d. h. eines Kabels für niedrige Betriebsspannungen, der massiv ausgebildet sein kann, im dargestellten Ausführungsbeispiel aber aus einer Vielzahl miteinander verseilter Einzeldrähte besteht. Dieser Leiter 1 ist in mehreren Lagen mit den Bändern 2 bewickelt, die mit Glimmerplättchen 3 beschichtet sind und aus einem polymeren Werkstoff, beispielsweise Polyethylen oder eines seiner Copolymere bestehen. Der Polymeranteil beträgt beispielsweise volumenmäßig gesehen etwa 1/5 des Anteils der verwendeten Glimmermaterialien. Zweckmäßig sind die Bänder 2 auf Stoß gewickelt, d. h. nebeneinander liegend auf den Leiter 1 aufgebracht, wobei bei der mehrlagigen Ausführung der Isolierung sich die Wickelrichtung von Lage zu Lage ändern kann.

Um nun zu erreichen, daß aus dieser Bebänderung mit den aufgebrachten Glimmerteilchen eine kompakte Isolierung entsteht, wird der dargestellte Strang im Durchlauf einer Temperaturbehandlung unterworfen, wobei die Wahl der Temperatur vom Kristallitschmelzpunkt des verwendeten Polymeren abhängig ist. Denn wesentlich für die Erfindung ist, daß durch die Wärmebehandlung das Polymer zum Schmelzen gebracht und die Bänder zu einer kompakten Einheit verschmelzen oder verschweißen. Dies hat zur Folge, daß die Glimmerteilchen 3 in der Polymermatrix eingebettet werden.

Den weiteren Schichtenaufbau des erfindungsgemäßen Kabels zeigt die Fig. 2. Hierbei ist wiederum der Leiter mit 1 bezeichnet, die aus den Polymerbändern 2 mit den Glimmerteilchen 3 bestehende Isolierung ist mit 4 bezeichnet. Diese Isolierung hat bereits die Wärmebehandlung hinter sich, die Bebänderung ist optisch nicht mehr erkennbar. Über dieser Isolierung die einer extrudierten Isolierschicht im wesentlichen entspricht, ist eine Bebänderung aus Glasseidebändern 5 vorgesehen, die für die darunter befindliche Isolierung 4 gleichsam als Bewährung dient, aber auch als zusätzlichen Feuerschutz, wenn von außen Brandtemperaturen an das Kabel herangetragen werden. Der nach außen das Kabel abschließende Mantel 6 besteht aus einem hochabriebfesten Kunststoff, er kann durch die Verwendung bestimmter Metalloxide auch flammfest eingestellt sein.

Wie ausgeführt wird der mit den glimmerbeschichteten Bändern 2 bewickelte Leiter einer Temperaturbehandlung unterworfen. Diese Temperaturbehandlung kann vorteilhaft auch erst dann durchgeführt werden, wenn, wie in der Fig. 2 dargestellt, die Glasseidenbandbewicklung 5 bereits aufgebracht ist. Diese Bewicklung sichert zusätzlich den mechanischen Zusammenhalt während der Temperaturbehandlung bzw. der hierbei erforderlichen Auf- und Abwickelvorgänge des Kabels.

Die Banddicke kann z.B. 0,1 mm betragen, wobei in diesem Fall die Dicke der Polymerfolie 0,02 und die der Glimmerauflage 0,08 mm beträgt. Beträgt die Isolierwandstärke des Kabels 1 mm, so werden im konkreten Fall zehn Lagen Band auf Stoß auf den Leiter 1 aufgewickelt.

Die in der Fig. 2 mit 5 bezeichnete Bewicklung kann auch ein Geflecht sein oder eine Umseilung aus Glasseidenfäden, ggf. kann auch ein Metallgeflecht verwendet werden oder ein glimmerbeschichtetes Glasseidengewebeband.

Claims (6)

1. Ein- oder mehradriges elektrisches Kabel mit den Leiter umschließender Isolierung aus vernetzten oder unvernetzten polymeren Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung Glimmer in zur Leiteroberfläche parallel ausgerichteter Form enthält.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil des polymeren Werkstoffes im Verhältnis zum Glimmer 10-60%, vorzugsweise 20-40% beträgt.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmer enthaltende Isolierung von einer Bewicklung aus Glasseide in Form von Fäden, Bändern oder einem Geflecht umgeben ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter mit einer glimmerbeschichteten Folie oder einem entsprechenden Band aus einem polymeren Werkstoff in mindestens einer Lage umwickelt und anschließend der umwickelte Leiter einer Temperaturbehandlung unterworfen sowie dabei der polymere Werkstoff aufgeschmolzen und ggf. vernetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die glimmerbeschichteten Folien oder Bänder auf Stoß gewickelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die glimmerbeschichteten Folien oder Bänder mit überlappendem Kantenbereich gewickelt werden.