DE69313019T2

DE69313019T2 - In stabilisierter Kunststoffisolierung angeordnetes metallisches Übertragungsmedium

Info

Publication number: DE69313019T2
Application number: DE69313019T
Authority: DE
Inventors: Maureen Gillen Chan; Kent Brian Connole; Timothy Stephen Dougherty; Karen Dee Dye; Stanley Kaufman; Valerie Jeanne Kuck; Leonard Donald Loan; Edward Dennis Nelson; Raffaele Antonio Sabia
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: MX9303140A; EP0572253A3; AU656077B2; CN1086040A; DE69313019D1; US5270486A; EP0572253A2; AU3987293A; JP3032101B2; CN1079982C; JPH0644822A; CA2096995A1; TW234191B; EP0572253B1; CA2096995C; NZ247695A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Nachrichtenkabel.

Hintergrund der Erfindung

Bekanntermaßen sind bei der Nachrichtenübertragung metallische Leiter als Übertragungsmedien weit verbreitet. Diese Übertragungsmedien umfassen typischerweise mehrere miteinander verdrillte Paare von isolierten Leitern, die jeweils einen Kern bilden. Die isolierten Leiter umfassen typischerweise jeweils einen metallischen Leiter, der von einer Schicht aus isolierendem Material umgeben ist. Der Kern ist typischerweise von einem Umhüllungssystem umgeben, das zumindest einen Kunststoffmantel umfaßt.
Obgleich im letzten Jahrzehnt die Anwendung von Lichtleitfasern zur Nachrichtenübertragung einen spektakulären Aufschwung genommen hat, werden hierfür nach wie vor auch noch metallische Leiter verwendet. Bei dieser Konkurrenz ist es für die Hersteller von Kabel mit isoliertem metallischen Leitern erforderlich, die sich ergebenden Probleme zu lösen.
Eines dieser Probleme betrifft das Isolationssystem, das zum Ummanteln der metallischen Leiter verwendet wird. Das Isolationssystem umfaßt typischerweise eine innere Schicht aus einer zellularen oder geschäumten Isolation, während eine äußere Schicht ein festes Isolationsmaterial umfaßt. Bei dem Isolationsmaterial handelt es sich in vielen Fällen um eine Verbindung, die ein Polyolefin-Kunststoffmaterial, insbesondere ein Polyethylen-Kunststoffmaterial, und ein Stabilisierungssystem umfaßt.
Es hat sich gezeigt, daß ein solches Isolationsmaterial ausgezeichnete mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist. Es wurde jedoch auch festgestellt, daß die relativ geringe thermische Stabilität von Polyolefinen nach einem langen Gebrauch zu Problemen führen kann. Solang dieses Problem nicht gelöst ist, kann das Isolationsmaterial rissig werden, wenn es relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Solche Temperaturen können beispielsweise in manchen Bereichen des südwestlichen Teils der Vereinigten Staaten auftreten. Die Isolation von Leitern wird dann rissig, wenn Teile isolierter Leiter von Freileitungskabeln oder Erdkabeln an Spleißstellen, wie z.B. in Kabelmuffen, Luft ausgesetzt sind.
Es gibt einige Überlegungen darüber, daß der Mangel an thermischer Stabilität dadurch hervorgerufen wird, daß die Füllstoffe, die bei Nachrichtenkabeln häufig verwendet werden, dem Stabilisierungssystem der isolierenden Verbindung Bestandteile entziehen. Es hat sich zudem gezeigt, daß zwischen der Oberfläche eines Kupferleiters und dem Stabilisierungssystem des Isolationsmaterials eine nachteilige Reaktion auftritt. Die Oxidation der Polyethylenisolierung wird in Folge dessen durch das Kupfer des metallischen Leiters katalysiert, so daß die Isolation schneller altert oder unbrauchbar wird. Die durch Kupfer katalysierte Oxidation der Polyolefinisolierung führt zu einem vorzeitigen Versagen von Nachrichtenkabeln.
Die Stabilisierung einer zellularen Isolation auf Kupferleitern wird in einem Artikel von M.G. Chan, V.J. Kuck, F.C. Schilling, K.D. Dye und L.D. Loan mit dem Titel "Stabilization of Foamed Polyethylene Communication Cable Over Copper Conductors" diskutiert, der in den Proceedings zu der dreizehnten Annual International Conference on Advances In The Stabilization and Degradation of Polymers in Luzern, Schweiz, 22. - 24. Mai 1991, erschienen ist.
Die Hersteller haben sich dem Problem der Stabilisierung zugewandt und als Lösung dieses Problems der Verbindung des Isolationsmaterials ein Antioxidationsmittel oder einen Oxidationsinhibitor und einen Metalldesaktivator hinzugefügt (siehe das amerikanische Patent Nr. 3,668,298). In jüngster Zeit wurde zudem die Menge an Oxidationsinhibitor und and Metalldesaktivator in der isolierenden Verbindung erhöht. Man ist jedoch davon ausgegangen, daß es bestimmte Höchstgrenzen für die Menge an Stabilisierungsmittel gibt, die man verwenden sollte. Es wurde beispielsweise angenommen, daß der Zusatz von etwa 0,25 Gew.-% eines Stabilisators, der einen Oxidationsinhibitor und einen Metalldesaktivator umfaßt, alle Erfordernisse für eine Langzeitanwendung erfüllen würde.
Gesucht wird daher ein aus dem Stand der Technik offensichtlich nicht verfügbares Kabel mit einem Leiter, der durch eine Polyolefinverbindung abisoliert ist, die eine ausreichend hohe thermische Stabilität aufweist, um zu gewährleisten, daß die Unversehrtheit der Isolation des metallischen Leiters über eine relativ lange Zeitspanne erhalten bleibt, soweit dies sich durch die gegenwärtig verwendeten Tests vorhersagen läßt. Die gesuchte Verbindung sollte wünschenswerterweise kostengünstig sein und einfach auf einen metallischen Leiter aufbringbar sein, ohne daß eine zusätzliche Investierung von Kapital erforderlich ist.
Die US-A-4,262,164 offenbart ein Kabel gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obengenannten Probleme des Standes der Technik werden durch ein Kabel mit einem in einem Isolationssystem angeordneten Übertragungsmedium gemäß den Ansprüchen 1 und 6 gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Kabel mit einem Kern, der mehrere mit Kunststoff isolierte Leiter und ein Umhüllungssystem umfaßt;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen isolierten Leiter, der zwei stabilisierte konzentrische Isolationsschichten umfaßt, wobei die innere Schicht aus einem geschäumten Kunststoffmaterial besteht und als Schaumstoffschicht bezeichnet wird, während die äußere Schicht als Außenschicht bezeichnet wird;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Menge eines bifunktionalen Stabilisierungsmittels in der Isolation nach der Verarbeitung und einer gewissen Voralterung als Funktion des mittleren Gewichtsanteils des bifunktionalen Stabilisators in den Ausgangsmaterialien der Außenschicht und der Schaumstoffschicht dargestellt ist;
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Induktionszeit für die Oxidation als Funktion des mittleren Gewichtsanteils eines bifunktionalen Stabilisierungsmittels in den Ausgangsmaterialien der Schaumstoffschicht und der Außenschicht dargestellt ist; und
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Ergebnisse eines Sockeltests (Pedestaltest) dargestellt sind.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 20 versehenes Nachrichtenkabel. Das Kabel 20 umfaßt einen Kern 22 und ein einen Mantel 23 umfassendes Umhüllungssystem.
Der Kern 22 umfaßt mehrere Paare 24-24 von mit Kunststoff isolierten metallischen Leitern 26-26. Die isolierten Leiter 26-26 (siehe Fig. 2) umfassen jeweils einen typischerweise aus Kupfer bestehenden metallischen Leiter 25 und ein Isolationssystem 27.
Das Isolationssystem 27 umfaßt zwei Schichten, wobei eine innere Schicht 28 ein geschäumtes Kunststoffmaterial umfaßt, das auch als zellulares Kunststoffmaterial bezeichnet wird. Die Schicht 28 wird häufig als Schaumstoffschicht bezeichnet. Das Kunststoffmaterial der inneren Schicht besteht aus einer Materialverbindung, die ein Polyolefin- Kunststoffmaterial, ein Treibmittel und ein Stabilisierungssystem umfaßt. Das Polyolefin- Kunststoffmaterial ist typischerweise Polyethylen.
Die innere Schicht umfaßt ein Polyolefin, wie z.B. Polyethylen, das mittels eines chemischen Treibmittels geschäumt wurde. Obgleich auch andere Treibmittel verwendbar sind, wird als bevorzugtes Treibmittel Azodikarbonamid verwendet. Die chemische Strukturformel dieses Treibmittel lautet wie folgt:
H&sub2;N - CO - N = N - CO - NH&sub2;.
Während des Isolationsvorganges zersetzt sich das Treibmittel, so daß ein Gas entsteht. Die letztendlich entstehende Isolationsschicht 28 umfaßt die Zersetzungsprodukte des Treibmittels.
Das Isolationssystem 27 umfaßt auch eine äußere Schicht 29. Die äußere Schicht 29 wird häufig auch als Außenschicht bezeichnet, die ein festes Kunststoffmaterial, wie z.B. Polyethylen, ein Stabilisierungssystem und einen Farbstoff umfaßt. Bei einem Kupferdraht der Stärke 26 "AWG" (American Wire Gauge = amerikanische Drahtlehre) beträgt der Durchmesser des metallischen Leiters 0,4 mm (0,016 Zoll), während der Außendurchmesser des isolierten Leiters etwa 0,74 mm (0,029 Zoll) beträgt. Die Außenschicht weist eine Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Zoll) auf. Die Menge an Kunststoffmaterial pro Längeneinheit der inneren Schicht ist im wesentlichen gleich der Menge an Kunststoffmaterial pro Längeneinheit in der äußeren Schicht. Als Kunststoffmaterial für die innere Schicht und für die Außenschicht wird vorzugsweise ein Polyolefin, wie z.B. Polyethylen hoher Dichte oder Polypropylen, verwendet. Der beschriebene isolierte Leiter wird häufig auch als DEPIC bezeichnet. Dies ist ein Akronym for dual expanded polyethylene insulated conductor (doppelt isolierter Leiter mit einer Isolation aus geschäumten Polyethylen).
In dem Kern ist ein Füllstoff 30 angeordnet. Ein möglicher Füllstoff ist der Flexgel-Füllstoff. "Flexgel" ist eine eingetragene Marke von AT&T. Ein geeigneter Füllstoff wird in dem amerikanischen Patent 4,464,013 offenbart. Ein anderer Füllstoff wird in dem amerikanischen Patent 4,870,117 offenbart. Ein anderer Füllstoff wiederum umfaßt Polyethylen und Petrolat oder Rohvaselin. Dieser Füllstoff wird typischerweise als PE/PJ bezeichnet (siehe US 3,717,716). Der ebenfalls stabilisierte Füllstoff wird in den Zwischenräumen zwischen den Leitern sowie zwischen den Leitern und einem röhrenförmigen Teil 31 angeordnet, das typischerweise als Kernumhüllung bezeichnet wird.
Die Isolationsschichten der Leiter sind jeweils mit einem Stabilisierungssystem versehen, das eine Antioxidationswirkung und eine Desaktivierungswirkung für Metall besitzt. Das Stabilisierungssystem umfaßt einen Teil, der einer Extraktion durch Füllstoffe einen relativ hohen Widerstand entgegensetzt. Ein Antioxidationsmittel oder ein Oxidationsinhibitor ist ein Kettenabbruchmittel und/oder ein Peroxidzersetzungsmittel. Ein Metalldesaktivator ist ein Chelatbildner für Metallionen. Im Stand der Technik umfassen Stabilisierungssysteme für Polyolefine in Isolationen für metallische Leiter eine Kombination aus einem Antioxidationsmittel oder einem Oxidationsinhibitor, wie z.B. ein sterisch gehindertes Phenol, und einem Metalldesaktivator.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfassen die Schichten aus Isolationsmaterial jeweils einen Irganox 1010 Stabilisator und einen Irganox MD 1024 Stabilisator von Ciba Geigy, wobei der letztgenannte bifunktionell ist und sowohl als Metalldesaktivator als auch als Oxidationsinhibitor wirkt. Der im Code of Federal Regulations verwendete chemische Name für Irganox 1010 ist Tetrakis[methylen(3,5- di-tert-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamat)]methan. Der "CAS"- Name (Name im Chemical Abstract Service) für den letztgenannten Stabilisator ist 2,2-bis-[[3-[3,5-bis(1,1- dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropoxy]methyl]-1,3- propanoatpropanediyl3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4- hydroxybenzol. Andererseits ist der chemische Name für Irganox MD 1024 N,N'-bis[3-(3',5'di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanyl-hydrazin. Der CAS-Name für Irganox MD 1024 ist 3,5-bis(1,1-Dimethylethyl)-4-hydroxy-benzolpropansäure 2-[3-[3,5-bis-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-phenyl-1- oxopropyl]hydrazid.
Der Stabilisator Irganox 1010 ist relativ gut extrahierbar. Andererseits setzt der bifunktionale Stabilisator Irganox 1024 einer Extraktion einen relativ hohen Widerstand entgegen. Die innere und die äußere Isolationsschicht umfassen typischerweise 0,15 Gew.-% des Stabilisator Irganox 1010. Der Gewichtsanteil des bifunktionale Stabilisators wird nachstehend diskutiert.
Eine oxidative Rißbildung kann in jeder der Isolationsschichten auftreten und muß daher unterbunden oder verzögert werden. Die Oxidation der Isolation kann durch den Kupferleiter katalysiert werden, der zu der zellulären Schicht benachbart ist. Das Isolationsmaterial umfaßt ein Stabilisierungssystem, das Antioxidations- /Metalldesaktivierungseigenschaften aufweisen kann, um zu verhindern, daß die Isolation auf Grund des Kupfers versagt. Wenn die Isolation jedoch einigen Füllstoffen ausgesetzt ist, verringert sich durch Extraktion oder Reaktion der Gehalt an Stabilisierungsmittel in der Isolation. Zusätzlich hierzu kann die Wirksamkeit des Stabilisierungssystems durch eine Wechselwirkung der Reaktionsprodukte des Treibmittels mit dem Stabilisierungssystem verringert werden. Ein DEPIC der Stärke 26 Gauge ist aufgrund seiner geringen Stärke für diese Probleme sehr anfällig.
Es wurden Tests mit unterschiedlichen Konzentrationen des Stabilisierungssystems durchgeführt. Fig. 3 zeigt eine Kurve 32, die den berechneten mittleren Gewichtsanteil des in dem Ausgangsmaterial vorhandenen bifunktionalen Stabilisators darstellt (Außenhaut und Schaumstoff im Verhältnis 50:50). Die Kurve 33 zeigt den tatsächlichen mittleren Gewichtsanteil des bifunktionalen Stabilisators nach dem Aufbringen des Ausgangsmaterials auf einen Kupferleiter, der durch hochauflösende Flüssigkeitschromatographie (high performance liquid chromatography = HPLC) bestimmt wurde. Der isolierte Leiter wurde anschließend für vier Wochen in Anwesenheit eines Füllstoffes einer Voralterungsbehandlung unterworfen. Es ist zu erkennen, daß die Restmenge an bifunktionalem Stabilisator nach einer vierwöchigen Voralterungsbehandlung unabhängig von der ursprünglichen Menge des bifunktionalen Stabilisators in der Außenschicht ist, während sie von der ursprünglichen Menge an bifunktionalem Stabilisator in der Schaumstoffschicht abhängig ist. Mit Zunahme der Stabilisatormenge in der Schaumstoffschicht nimmt auch die Restmenge zu.
Ein Maß für die Stabilität eines Polyolefin- Kunststoffmaterials ist ein Parameter, der als Oxidationsinduktionszeit (oxidative induction time = OIT) bei höheren Testtemperaturen bekannt ist. Bei einem "ASTM"- Testverfahren (ASTM = American Society for testing materials) beträgt die höhere Testtemperatur 199ºC, während die Rural Electrical Association (REA) die Testtemperatur für feste Polyolefine mit 199ºC und die Testtemperatur für geschäumte Polyolefine mit 190ºC festlegt (siehe "ASTM" D 4565). Der OIT-Wert ist ein Maßstab für die Stabilität eines Materials, wobei die Zeitspanne gemessen wird, in der ein Material bei einer bestimmten Testtemperatur beständig ist gegenüber einer Oxidation, ohne daß hierbei in der Anwesenheit von reinem Sauerstoff ein Qualitätsverlust oder eine Zersetzung auftritt. Höhere OIT-Werte entsprechen einer größeren Stabilität.
In der Industrie ist es üblich, daß man das Testkabel vor der Durchführung eines OIT-Tests für zwei Wochen bei 70ºC einer Alterungsvorbehandlung unterzieht, um die Durchdringung oder Permeation der Isolation mit dem Füllstoff zu erleichtern. Man geht davon aus, daß sich mit dieser Voralterungsbehandlung die Einflüsse auf ein Kabel auf einem Lagerplatz für Kabeltrommeln eines Herstellers simmulieren lassen, auf dem es bis zum Versand und bis zur Installierung gelagert wird.
Fig. 4 zeigt anhand einer Kurve 35 den OIT-Wert in Minuten bei 200ºC als Funktion des durchschnittlichen Gehaltes des bifunktionalen Stabilisators Irganox MD 1024 in den Ausgangsmaterialien des Isolationssystems, das eine zellulare innere Schicht und eine feste äußere Schicht umfaßt. Der Anteil des bifunktionalen Stabilisators beträgt im Mittel zwischen etwa 0,4 und 0,8 Gew.-%. Wie zu erkennen ist, nimmt der OIT-Wert mit Zunahme der mittleren Stabilisatormenge zu.
Kurve 37 in Fig. 4 entspricht dem OIT-Wert einer Isolation in einer Kabelanordnung, die man für zwei Wochen einer Vorbehandlung unterworfen hat, wobei die Kabelanordnung ein Füllmaterial und insbesondere ein Flexgel-Füllmaterial umfaßt. Die mit dem Bezugszeichen 37 versehene Kurve entspricht einem Isolationssystem, bei dem der Anteil des bifunktionalen Stabilisators in der zellularen Innenschicht etwa 0,8 Gew.-% beträgt, während der Anteil des bifunktionalen Stabilisators in der Außenschicht verändert wird. Das mit dem Bezugszeichen 41 versehene System umfaßt eine feste Schicht oder eine Außenschicht mit einem Stabilisatorgehalt von etwa 0,4 Gew.-%. Die Bezugszeichen 43 und 45 entsprechen Isolationssystemen, bei denen der Anteil des bifunktionalen Stabilisators in der Außenschicht etwa 0,6 bzw. 0,8 Gew.-% beträgt.
Es ist bekannt, daß der OIT-Wert mit abnehmender Menge des Stabilisierungsmittels ebenfalls abnimmt. Fig. 4 zeigt jedoch die bis jetzt noch nicht bekannte Tatsache, daß die Stabilität des Isolationssystems, nachdem es dem Füllmaterial des Kabels ausgesetzt wurde, durch den Gewichtsanteil des Stabilisators in der zellularen Schicht bestimmt ist, während es unabhängig ist von der Menge an Stabilisator in der Außenschicht.
Ein anderer Test, der zum Testen der Stabilität gegenüber einer Oxidation verwendet wird, ist der sogenannte Sockeltest (siehe Bellcore Technical Reference TR-NWT-00421, Ausgabe vom 3. September 1991). Während es sich bei dem zuvor beschriebenen OIT-Test um ein schnelles Testverfahren handelt, ist der Sockeltest ein Langzeittest. Die genaue Bezeichnung des Sockeltestes lautet "Sockeltest zur Bestimmung der thermischen Oxidationsstabilität" (Pedestal Thermal Oxidative Stability Performance Test). Der Sockeltest zur Bestimmung der thermischen Oxidationsstabilität ist ein Schnellverfahren, bei dem die Einwirkung von Feldbedingungen auf isolierte Leiter simmuliert wird.
Das zu testende Kabel wird vor der Durchführung des Sockeltestes zur Bestimmung der thermischen Oxidationsstabilität bei höheren Temperaturen vorbehandelt. Aus dem vorbehandelten oder vorklimatisierten Kabel werden nun einzelne Leiter entfernt, abgewaschen oder abgerieben und mechanisch beansprucht oder einer Spannung ausgesetzt indem sie um einen Formkern gewickelt werden, dessen Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des isolierten Leiters ist. Die unter Spannung stehenden Leiter werden nun für eine bestimmte Zeitspanne in Telefonsockeln einer höheren Temperatur ausgesetzt (z.B. 90ºC für 260 Tage). Am Ende dieser Zeitspanne wird die Isolation der Leiter im Hinblick auf Risse untersucht.
Zur Durchführung des Tests wird vorzugsweise ein quadratischer 6 Zoll (152 mm) Standardsockel aus Metall mit einer Länge von 48 Zoll (1,2 m) verwendet. Die inneren Kontaktplatten, die Polyethylenauskleidung, die Rahmen, der Erdungsdraht, usw., d.h. Teile, die zum Halten der Leitungsdrahtproben nicht erforderlich sind, werden alle entfernt. Zum Anbringen der Leitungsdrahtproben und zum Anbringen von Überwachungssonden können Halterungen aus Metall angebracht werden. Die obersten 30,45 cm (12 Zoll) des Sockels sind von einer Wärmequelle eng umgeben.
Zur Verringerung des Temperaturgradienten in dem Sockel kann die Basis des Sockels mit Baumwolle, Mull oder Gaze verstopft werden. Es hat sich gezeigt, daß sich der Temperaturgradient innerhalb des Sockels merklich verringern läßt, wenn um den Testsockel unterhalb eines Heizmantels eine Hausisolation aus R11-Fiberglas/Steinwolle angebracht wird. Es wird ein Temperatursteuerungssystem verwendet, mit dem sich die Temperatur der Spulen aus isolierten Leitern innerhalb des Sockels mit einer Abweichung von ±2ºC auf der festgelegten Testtemperatur halten läßt. Bei einer Testtemperatur von 90ºC beträgt der Temperaturbereich (absolut) 88ºC bis 92ºC. Es wird ein separates System verwendet, um die Innentemperatur in Intervallen, die nicht größer sind als 4 Stunden, zu überwachen und dauernd aufzuzeichnen.
Zum Testen wird ein Fertigkabel (25 Paare oder mehr) verwendet, das Leiter mit den kleinsten verfügbaren Abmessungen umfaßt. Von dem Kabelabschnitt wird ein 30 Zoll (762 mm) langer Kabelabschnitt abgeschnitten, dessen Enden mit einem Vinylband abgedichtet oder abgedeckt werden. Das abgedichtete Kabel wird bei 70ºC (158ºF) für 28 Tage in einen Ofen gelegt. Am Ende der Vorbehandlungszeitspanne werden die Proben auf Raumtemperatur abgekühlt und es werden 50 isolierte Leiter (von jeder Farbe 5 Proben) ausgewählt. Bei Verwendung eines gefüllten Kabels werden die Leiter jeweils mit einem Baumwollgewebe oder einem Papiertuch abgewischt. Zum Entfernen des Füllmaterials wird kein Lösungsmittel verwendet. Die Leiter werden jeweils in 10 engen Windungen um einen Formkern gewickelt, wobei jeweils in einem Abstand von 13 Zoll (33,02 cm) von dem Ende der 50 Leiter begonnen wird. Um die beim Aufwickeln auftretenden Spannungsänderungen zu minimieren, wird der Winkel des Drahtes um den Formkern so gewählt, das er größer ist als 70 Grad. Der Formkern wird gleitend aus dem Wickelungsbereich herausgeschoben, ohne daß hierbei die kreisförmige Gestalt des aufgewickelten Leiters verändert wird.
Die aufgewickelten Leiterproben werden jeweils an einer Metallhalterung so angebracht, daß sie ein auf dem Kopf stehendes U bilden, wobei sich der Scheitelpunkt dieses U auf der gleichen Höhe befindet wie der Temperaturüberwachungssensor, der in einem Abstand von 3 bis 6 Zoll (76 bis 152 mm) von der oberen Innenfläche des Sockels angeordnet ist. Der Temperaturüberwachungssensor ist in der Mitte der Leiterspule an der Oberseite des auf dem Kopf stehenden U angeordnet, wobei er an dem Sockel oder an der Halterung befestigt ist. Es ist wichtig, daß sich der Sensor auf dem gleichen horizontalen Niveau befindet wie die oberste Spule und daß die Spulen nicht mehr als um ±2ºC von der festgelegten Temperatur abweichen.
Eine Sonde, die mit ihrer Spitze nach oben vertikal angebracht ist und sich auf gleicher Höhe mit der untersten Spule befindet, ist erforderlich, um periodisch oder kontinuierlich zu überprüfen, daß die Temperatur der untersten Spule um nicht mehr als ±2ºC von der festgelegten Temperatur abweicht. Die Steuersonde ist entweder an der Wand des Sockels auf gleicher Höhe mit dem Temperaturüberwachungssensor oder aber auf gleicher Höhe an der Mittelachse des Sockels angebracht. Es wird ein Temperaturbegrenzungssystem verwendet, um Probenverluste und das Auftreten von Ungleichmäßigkeiten zu verhindern, die durch zu hohe Temperaturen verursacht werden. Es wird empfohlen, die Temperaturbegrenzungssonde benachbart zu dem Temperaturüberwachungssensor an der obersten Spule anzubringen.
Wenn sich die Spulen und die Sensoren an Ort und Stelle befinden, wird die vordere Abdeckung des Sockels befestigt und um den Sockel wird ein Heizmantel angebracht. Die Proben werden für 260 Tage bei einer Temperatur von 90ºC (194ºF) getestet.
Der Test ist nach dem Erhitzen der Proben für eine bestimmte Testdauer beendet. Die Testdauer wird um Zeitspannen berichtigt, während denen sich die Proben nicht auf der festgelegten Temperatur befanden, wie z.B. während der Beobachtungszeit oder bei einem Spannungsausfall. Die isolierten Leiterspulen werden während des Alterungsprozesses für 260 Tage auf einer Temperatur von 90 ± 2ºC (194 ± 4ºF) gehalten. Damit ein Isolationssystem den Test besteht, darf nicht mehr als eine isolierte Probe nach Verlassen der oben genannten Testtemperatur bei einer 5- fachen Vergrößerung eine sichtbare Rißbildung aufweisen. Die Tests wurden auch bei 110ºC zugeführt, um das Testverfahren zu beschleunigen und um die Ergebnisse schneller zu erhalten.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Tage bis zur ersten Rißbildung bei 110ºC als Funktion des mittleren Gehaltes des Stabilisators 1024 (in Gew.-%) im Ausgangsmaterial der Außenschicht und der Schaumstoffschicht dargestellt ist. Wie zu erkennen ist, repräsentieren die Datenpunkte 52-52 und 54-54 einen Leiter, der im Schaumstoff etwa 0,4 Gew.-% bzw. 0,65 Gew.-% eines bifunktionalen Stabilisators umfaßt. Mit zunehmenden Gewichtsanteil des bifunktionalen Stabilisators im Schaumstoff erhöht sich die Anzahl an Tagen bis zum ersten Auftreten eines Risses. Bei einem Leiter mit etwa 0,8 Gew.-% Stabilisator im Schaumstoff, der durch die Datenpunkte 56-56 repräsentiert wird, vergehen etwa 210 bis 245 Tage bis zum Auftreten eines ersten Risses. Diese Daten zeigen, daß durch den Gewichtsanteil des bifunktionalen Stabilisators in der Schaumstoffschicht die Leistungsfähigkeit der aus Schaumstoffschicht und Außenschicht bestehenden Verbundisolation beim Sockeltest festgelegt ist und daß die Leistungsfähigkeit, wie durch die Horizontallinien in Fig. 5 verdeutlicht wird, unabhängig von dem Gewichtsanteil des Stabilisators in der Außenschicht ist.
Aus diesen Ergebnissen läßt sich schließen, daß das Stabilisierungsniveau in der zellularen Schicht entscheidend ist. Um ein Rissigwerden der Isolation zu verhindern, ist ein Gewichtsanteil des bifunktionalen Stabilisators von zumindest etwa 0,4 Gew.-% und vorzugsweise ein Gewichtsanteil im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 Gew.-% in der inneren zellularen Schicht erforderlich ist. Dieser Gewichtsanteil ist höher als beim Stand der Technik.
Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu der in der Industrie normalerweise anerkannten Praxis, nach der der Gehalt an Stabilisator in der inneren Schicht relativ gering ist und etwa dem Stabilisatorgehalt in der Außenschicht entspricht. Im Laufe der Jahre wurde der Gehalt an bifunktionalem Stabilisator in der zellularen Schicht und in der Außenschicht allmählich von etwa 0,1 Gew.-% auf etwa 0,2 Gew.-% erhöht. Es wurde herausgefunden, daß die Stabilität der Isolation unabhängig ist von dem Gewichtsanteil des Stabilisators in der Außenschicht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun die Beschreibung des Kabels vervollständigt, bei dem mehrere isolierte Leiter einen Kern bilden. Um das röhrenförmige Teil 31 ist ein Abschirmungssystem angeordnet, das eine innere Aluminiumabschirmung 61 umfaßt. Die innere Aluminiumabschirmung ist so um das röhrenförmige Teil 31 gewickelt, daß ein sich in Längsrichtung überlappender Saum 63 gebildet wird. Um die innere Abschirmung 61 ist eine äußere Abschirmung 65 aus Stahl angeordnet, die eine sich in Längsrichtung erstreckenden überlappenden Saum 67 umfaßt. Die überlappenden Säume 63 und 67 sind typischerweise umfangsseitig zueinander beabstandet. Der Kunststoffmantel 63 steht in Eingriff mit der Außenfläche der aus Stahl bestehenden äußeren Abschirmung 65. Um beim Verspleißen einen Zugang zu den isolierten Leitern zu ermöglichen, wird das Isolationssystem beispielsweise in einer Kabelmuffe oder in einem Sockel selbstverständlich von dem Endabschnitt des Kabels entfernt.

Claims

1. Nachrichtenkabel (20), mit einem um einen Kern (22) angeordnetes Umhüllungssystem, das folgende Teile umfaßt: ein röhrenförmiges Teil (31), in dem mehrere isolierte Leiter (26-26) angeordnet sind; ein Abschirmungssystem (61), das um das röhrenförmige Teil (31) angeordnet ist und ein das Abschirmungssystem (61) umgebender Kunststoffmantel (23), wobei der Kern (22) die isolierten Leiter (26-26) umfaßt, die jeweils einen sich in Längsrichtung erstreckenden metallischen Leiter (25), eine aus einem zellularen Isolationsmaterial (28) bestehende innere Schicht und eine aus einem festen Isolationsmaterial (29) bestehende äußere Schicht umfassen, und dadurch gekennzeichnet sind, daß die innere Schicht (28) und die äußere Schicht (29) des Isolationsmaterials jeweils ein Stabilisierungssystem mit einem bifunktionellen Anteil umfassen, der als Oxidationsinhibitor und als Metalldesaktivator dient und einen relativ hohen Widerstand gegenüber einer Extraktion durch Füllstoffe (30) aufweist, wobei der in Gewichtsprozent gemessene bifunktionelle Anteil der äußeren Schicht (29) wesentlich kleiner ist als der in Gewichtsprozent gemessene bifunktionalen Anteil der inneren Schicht (28).

2. Nachrichtenkabel nach Anspruch 1, wobei der bifunktionelle Anteil des Stabilisierungssystems in der inneren Schicht (28) etwa 0,4 Gewichtsprozent beträgt.

3. Nachrichtenkabel nach Anspruch 1, wobei der bifunktionelle Anteil des Stabilisierungsyystems in der inneren Schicht (28) zwischen 0,4 und 0,8 Gewichtsprozent beträgt.

4. Nachrichtenkabel nach Anspruch 1, wobei die aus einem zellularen Isolationsmaterial (28) bestehende innere Schicht ein aus einem Polyolefin bestehendes Kunststoffmaterial umfaßt.

5. Nachrichtenkabel nach Anspruch 1, wobei die äußere Isolationsschicht (29) der isolierten Leiter jeweils ein Polyolefin-Kunststoffmaterial umfaßt.

6. Isolierter Leiter (26) mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden metallischen Leiter (25), mit einer den Leiter (25) umgebenden inneren Schicht aus einem zellularen Isolationsmaterial (28) und mit einer die innere Schicht (28) umgebenden äußeren Schicht aus einem festen Isolationsmaterial (29), dadurch gekennzeichnet, daß die aus Isolationsmaterial bestehende und äußere Schicht (28 bzw. 29) jeweils ein Stabilisierungssystem mit einem bifunktionellen Anteil umfassen, der als Oxidationsinhibitor und als Metalldesaktivator dient und einen relativ hohen Widerstand gegenüber einer Extraktion durch Füllstoffe (30) aufweist, wobei der in Gewichtsprozent gemessene bifunktionelle Anteil der äußeren Schicht (29) wesentlich kleiner ist als der in Gewichtsprozent gemessene bifunktionelle Anteil der inneren Schicht (28).

7. Isolierter Leiter nach Anspruch 6, wobei der bifunktionelle Anteil des Stabilisierungssystems in der inneren Schicht (28) etwa 0,4 Gewichtsprozent beträgt.

8. Isolierter Leiter nach Anspruch 6, wobei der bifunktionelle Anteil des Stabilisierungssystems in der inneren Schicht (28) zwischen 0,4 und 0,8 Gewichtsprozent beträgt.

9. Isolierter Leiter nach Anspruch 6, wobei die innere Schicht (28) und die äußere Schicht (29) ein Polyolefin-Kunststoffmaterial umfassen.

10. Isolierter Leiter nach Anspruch 6, wobei die innere Schicht (28) ein Polyolefin-Kunststoffmaterial umfaßt, das unter Verwendung von Azodicarbonamid aufgeschäumt wurde.