EP0150879A2

EP0150879A2 - Flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel

Info

Publication number: EP0150879A2
Application number: EP85200055A
Authority: EP
Inventors: Hans Leo Ditscheid; Walter Burger
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH; Philips Gloeilampenfabrieken NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1985-01-21
Publication date: 1985-08-07
Anticipated expiration: 2005-01-21
Also published as: DE3402762A1; DE3583509D1; JPS60176304A; ATE65639T1; EP0150879A3; EP0150879B1

Abstract

Zur Verbesserung der Flammwidrigkeit bei koaxialen Hochfrequenzkabeln wird der Raum zwischen Innen- und Aussenleiter mit einem halogenfreien Werkstoff zu weniger als 70% ausgefüllt, der Aussenleiter mehrschalig aus Metallfolie und Geflecht aufgebaut und der Schutzmantel aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Sauerstoffindex bei 20° mindestens 35% beträgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel, bestehend aus einem zylindrischen Innenleiter, aus einer den Innenleiter umgebenden Isolierung, aus einem die Isolierung umgebenden flexiblen, zylindrischen Außenleiter und einem den Außenleiter umgebenden Schutzmantel.
Für viele Einsatzzwecke werden auch an Hochfrequenzkoaxialkabel erhöhte Anforderungen in bezug auf das Verhalten im Brandfall gestellt. Neben der Anforderung nach Halogenfreiheit aller verwendeten Werkstoffe müssen flammwidrige Kabel eine Prüfung bestehen, bei der die Kabel in einer ebenen Anordnung auf einer vertikal aufgestellten Metalleiter montiert und in einem Spezialofen unter Zwangsbelüftung während 20 Minuten mit 850°C beflammt werden. Die Kabel dürfen dabei nicht durch Weiterleitung des Brandes nach der Beflammung abbrennen.
Damit Kabel derart hohen Anforderungen genügen, ist es bei Nachrichten- und Energiekabeln üblich, für die Isolierung der Adern und für den Schutzmantel relativ hochgefüllte Werkstoffe, vornehmlich auf der Basis von Aluminiumoxidhydrat, zu verwenden. Zusätzlich werden vielfach Bandierungen aus Glas, Glimmer oder einem Verbund aus Glas und Glimmer zwischen der sog. Kabelseele und dem Schutzmantel eingesetzt.
Ferner ist es bei Nachrichten- und Energiekabeln üblich, zwischen der Kabelseele und dem Schutzmantel einen Zwischenmantel aus extrem hochgefülltem Material anzuordnen, an den keine besonderen Anforderungen bezüglich der mechanischen und elektrischen Eigenschaften gestellt werden.
Bei Hochfrequenzkoaxialkabeln können für die Kabelisolierung keine gefüllten Werkstoffe eingesetzt werden. Der Querschnitt des Isolierstoffes zwischen dem Innen- und dem Außenleiter ist im Vergleich zu den Isolierstoffquerschnitten bei nachrichten- und energietechnischen Kabeln wesentlich größer. Hinzu kommt, daß die klassischen Maßnahmen, wie die Bewicklung mit Glas- oder Glimmerbändern, versagen, weil diese keine ausreichende Sauerstoffbarriere gegenüber dem aus elektrischen Gründen eingesetzten Isolierstoff ergeben. Diese Isolierstoffe bestehen aus Polyäthylen, das bei starker Erhitzung quillt und vergast, was zum Platzen der Umhüllungen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für koaxiale Hochfrequenzkabel einen Aufbau anzugeben, mit dem einerseits die elektrischen Bedingungen erhalten bleiben und andererseits die Flammwidrigkeit soweit erhöht wird, daß die Kabel die einleitend angegebenen Prüfbedingungen erfüllen, ohne daß die Kabelkosten unermeßlich hoch werden und ohne daß sich die Kabelabmessung, d.h. der Querschnitt des Kabels, wesentlich vergrößert.
Ein flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel hat gemäß der Erfindung auch bei Verwendung von Polyäthylen als Isolierstoff zwischen Innen- und Außenleiter gute Eigenschaften in bezug auf Brandsicherheit, wenn

a) die Isolierung aus einem halogenfreien Werkstoff besteht, der den Raum zwischen Innen- und Außenleiter zu weniger als 70 % ausfüllt,
b) der zylindrische Außenleiter mehrschalig ausgebildet, aus einer inneren auf der Isolierung aufliegenden und diese am ganzen Umfang umschließenden, achsparallel verlaufenden Metallfolie mit überlappenden Bandkanten, aus einer diese Folie umschließenden Bespinnung aus Metalldrähten mit einer optischen Bedeckung von 80 % und mehr und einer diese Drahtbespinnung konzentrisch umgebenden, äußeren Metallfolienbewicklung besteht, wobei sich die Bandkanten der äußeren Bewicklung um mindestens 25 % überdecken,
c) der den Außenleiter umschließende Schutzmantel aus einem flammwidrigen halogenfreien Werkstoff besteht, dessen Sauerstoffindex bei 20°C mindestens 35 % beträgt.

Vorteilhaft ist es, die Wanddicke w des Schutzmantels nach folgender Beziehung zu bemessen:

wobei d - Durchmesser der Isolierung in mm
LOI = Oxigenindex des Schutzmantelmaterials bei 20°C in %
F - Füllfaktor des Isolierstoffes zwischen Innen-und Außenleiter
w - Schutzmantelwanddicke in mm bedeuten.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird zunächst erreicht, daß sich die Isolierung zwischen Innen- und Außenleiter bei Erwärmung ausdehnen kann, so daß nicht zwangsläufig und sofort ein sehr hoher Innendruck entsteht, weil für die Ausdehnung mindestens 30 % des Raumvolumens zwischen Innen- und Außenleiter zur Verfügung stehen. Zur Abdichtung, d.h. zur weitgehenden Verminderung, wenn nicht gar zur Verhinderung des Ausgasens der Isolierung und des Platzens des Außenleiters, besteht dieser aus mehreren Schichten, die einen dichten Abschluß bei hoher Festigkeit ergeben. Schließlich trägt der Schutzmantel zusammen mit der Aluminiumfolie im Außenleiter dazu bei, die Hitzeeinwirkung auf die Isolierung stark zu vermindern. Die äußere Aluminiumfolie spiegelt die Wärme dort zurück, wo der Schutzmantel auf- oder abplatzt.
Für die Isolierung zwischen Innen- und Außenleiter wird vorzugsweise verzelltes Polyäthylen mit einem Füllfaktor von etwa 50 % gewählt, um bei unveränderter Wellendämpfung zu kleinen Außenabmessungen zu kommen. Die über der Isolierung angeordnete längslaufende, überlappende Metallfolie ergibt im Vergleich zu einem Kabel, bei dem nur ein Geflecht als Außenleiter eingesetzt ist, eine weitere Verringerung des Durchmessers. Die längslaufende Folie ergibt zusammen mit der relativ dichten Drahtbespinnung eine gute Abdichtung gegen Sauerstoffzutritt nach innen und Polymeraustritt nach außen, denn die Folie stützt sich unter dem Expansionsdruck des Isolierstoffes gegen das dichte Geflecht ab.
Setzt man als Isolierung ein vorzugsweise durch energiereiche Strahlung vernetztes Material ein, so ist ein Ausfließen weitgehend vermieden. Das Material brennt nur langsam ab oder zersetzt sich am Ort, d.h. es fließt nicht in den Brandbereich nach.
Anhand einer schematischen Zeichnung, die ein Hochfrequenzkoaxialkabel im Schnitt zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben und Ausgestaltungsformen sowie weitere Wirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen erläutert.
Das Hochfrequenzkabel besteht aus einem Innenleiter 1, der Isolierung 2, einem Außenleiter 3 und einem Schutzmantel 4.
Die Isolierung 2 ist aus einem Material gut geeigneter Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise verzelltem Polyäthylen, aufgebaut. Anstelle des homogen verzellten Polyolefins kann auch eine andere geeignete Aufbauform gewählt werden.
Der Außenleiter 3 besteht aus einer längslaufenden Folie 31 vorzugsweise aus Aluminium, die an den Rändern überlappt und nach außen durch eine Bespinnung 32 abgedeckt ist. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Festigkeit soll die optische Bedeckung dieser Bespinnung 80 % und mehr betragen. Diese Bespinnung 32 ist mit einer Folie 33 umwickelt, die ihrerseits vorzugsweise als Verbundfolie, bestehend aus zwei Metallfolien und einer zwischengelegten Kunststoffolie, aufgebaut ist. Es ist vorteilhaft, die Metallfolien zwischen 9_/um und 25_/um zu wählen und zwischen diese Folien dann eine Kunststofffolie in der Stärke zwischen 10_/um und 40_/um anzuordnen.
Der Schutzmantel 4 besteht aus zwei Teilhüllen 41 und 42 mit einem zwischengelegten Reißfaden 43. Die Teilhülle 41 stellt einen vollwertigen Schutzmantel dar, der wegen seiner konventionellen Wanddicke unverändert in Standard-Steckverbinder eingeschoben werden kann. Die äußere Teilhülle 42 kann mit Hilfe des eingelegten Reißfadens 43 leicht über die Bereiche entfernt werden, über die die Kabel minimale Abmessungen aufweisen müssen und die brandtechnisch weniger kritisch sind.
Die Teilhülle 42 des Schutzmantels besteht aus einem vernetzten oder thermoplastischen Werkstoff mit einem Oxigenindex von ≥ 35 %. Fügt man der Teilhülle 42 ein Treibmittel bei, das bei Beflammung vorzugsweise im Temperaturbereich von 150° bis 200° zerfällt und dabei den aufschmelzenden Mantelwerkstoff verzellt, so ergibt sich eine wesentlich gesteigerte Wärmedämmung.
Die Verwendung von Verbundfolie anstelle einer einfachen Metallfolie hat den Vorteil, daß die Dehnbarkeit wesentlich gesteigert wird. Anstelle einer Aluminiumfolie als Außenleiter könnte an sich auch eine Kupferfolie eingesetzt werden, jedoch hat Aluminium den Vorteil größerer Flexibilität und eines niedrigeren Preises.

Claims

1. Flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel, bestehend aus einem zylindrischen Innenleiter, aus einer den Innenleiter umgebenden Isolierung, aus einem die Isolierung umgebenden flexiblen, zylindrischen Außenleiter und einem den Außenleiter umgebenden Schutzmantel, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Isolierung aus einem halogenfreien Werkstoff besteht, der den Raum zwischen Innen- und Außenleiter zu weniger als 70 % ausfüllt,

b) der zylindrische Außenleiter mehrschalig ausgebildet, aus einer inneren auf der Isolierung aufliegenden und diese am ganzen Umfang umschließenden, achsparallel verlaufenden Metallfolie mit überlappenden Bandkanten, aus einer diese Folie umschließenden Bespinnung aus Metalldrähten mit einer optischen Bedeckung von 80 % und mehr und einer diese Drahtbespinnung konzentrisch umgebenden, äußeren Metallfolienbewicklung besteht, wobei sich die Bandkanten der äußeren Bewicklung um mindestens 25 % überdecken,

c) der den Außenleiter umschließende Schutzmantel aus einem flammwidrigen halogenfreien Werkstoff besteht, dessen Sauerstoffindex bei 20°C mindestens 35 % beträgt.

2. Flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß die Wanddicke (w) des Schutzmantels nach folgender Beziehung bemessen ist:

wobei d = Durchmesser der Isolierung in mm

LOI = Oxigenindex des Schutzmantelmaterials bei 20⁰C in %

F = Füllfaktor des Isolierstoffes zwischen Innen-und Außenleiter

w = Schutzmantelwanddicke in mm bedeuten.

3. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung des Kabels und/oder der Schutzmantel aus vernetztem Kunststoff besteht.

4. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel aus zwei Teilhüllen besteht und unter der äußeren ein Reißfaden angeordnet ist.

5. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der verwendeten Metallfolien als Kunststoff-Metall-Verbundfolie ausgebildet ist.

6. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichet, daß eine Verbundfolie aus mindestens zwei Metallfolien im Dickenbereich zwischen 9_/um und 25_/um besteht, zwischen denen eine Kunststoffolie im Dickenbereich von 10_/um bis 40_/um angeordnet ist.

7. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolienbewicklung für den Außenleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

8. Schutzmantel nach Anspruch 1 sowie 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mindestens einer der den Schutzmantel bildenden Hüllen ein bei Beflammung wirksames Treibmittel enthält.