EP0150879A2 - Flame resistant coaxial high frequency cable - Google Patents
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- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B11/00—Communication cables or conductors
- H01B11/18—Coaxial cables; Analogous cables having more than one inner conductor within a common outer conductor
- H01B11/1808—Construction of the conductors
Definitions
- the invention relates to a flame-retardant coaxial high-frequency cable, consisting of a cylindrical inner conductor, an insulation surrounding the inner conductor, a flexible, cylindrical outer conductor surrounding the insulation and a protective sheath surrounding the outer conductor.
- the invention has for its object to provide a structure for coaxial high-frequency cables, on the one hand, the electrical conditions are maintained and on the other hand, the flame resistance is increased to such an extent that the cables meet the test conditions specified above, without the cable costs becoming immeasurably high and without the cable dimension, ie the cross section of the cable, significantly enlarged.
- the measures according to the invention first of all ensure that the insulation between the inner and outer conductors can expand when heated, so that a very high internal pressure does not necessarily and immediately arise because at least 30% of the volume of space between the inner and outer conductors is available for the expansion stand.
- the latter consists of several layers, which provide a tight seal with high strength surrender.
- the protective jacket together with the aluminum foil in the outer conductor helps to greatly reduce the heat impact on the insulation.
- the outer aluminum foil reflects the heat back where the protective jacket bursts or flakes off.
- cellular polyethylene with a fill factor of about 50% is preferably chosen in order to achieve small outer dimensions with unchanged shaft damping.
- the longitudinal, overlapping metal foil arranged over the insulation results in a further reduction in diameter compared to a cable in which only one braid is used as the outer conductor.
- the longitudinal film, together with the relatively dense wire spinning, provides a good seal against the ingress of oxygen and polymer leakage to the outside, because the film is supported against the dense braid under the expansion pressure of the insulating material.
- the insulation used is a material that is preferably crosslinked by high-energy radiation, then a leakage is largely avoided. The material burns slowly or decomposes on site, i.e. it does not flow into the fire area.
- the high-frequency cable consists of an inner conductor 1, the insulation 2, an outer conductor 3 and a protective jacket 4.
- the insulation 2 is made of a material with a suitable dielectric constant, preferably a cellular one Polyethylene, built up. Instead of the homogeneously cellular polyolefin, another suitable design can also be selected.
- the outer conductor 3 consists of a longitudinal foil 31, preferably made of aluminum, which overlaps at the edges and is covered to the outside by a covering 32. To achieve a correspondingly high strength, the optical covering of this covering should be 80% and more.
- This covering 32 is wrapped with a film 33, which in turn is preferably constructed as a composite film consisting of two metal films and an interposed plastic film. It is advantageous to choose the metal foils is between 9 / um and 25 / um, and between these films then placing a plastic film in the thickness of between 10 / um and 40 / um.
- the protective jacket 4 consists of two partial sleeves 41 and 42 with an interposed tear thread 43.
- the partial sleeve 41 represents a full protective jacket which, due to its conventional wall thickness, can be inserted unchanged into standard plug connectors.
- the outer partial covering 42 can easily be removed with the aid of the inserted tear thread 43 over the areas over which the cables must have minimal dimensions and which are less critical in terms of fire technology.
- the partial cover 42 of the protective jacket consists of a cross-linked or thermoplastic material with an oxygen index of ⁇ 35%. If a blowing agent is added to the subshell 42, which preferably decomposes in the temperature range from 150 ° to 200 ° when exposed to flames and in the process corrugates the melting jacket material, this results in a substantially increased thermal insulation.
- composite foil instead of a simple metal foil has the advantage that the stretchability is increased considerably.
- a copper foil could also be used per se, but aluminum has the advantage of greater flexibility and a lower price.
Abstract
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.The invention relates to a flame-retardant coaxial high-frequency cable, consisting of a cylindrical inner conductor, an insulation surrounding the inner conductor, a flexible, cylindrical outer conductor surrounding the insulation and a protective sheath surrounding the outer conductor.
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.For many purposes, high demands are also made on high-frequency coaxial cables with regard to behavior in the event of a fire. In addition to the requirement for all materials used to be halogen-free, flame-retardant cables must pass a test in which the cables are mounted in a flat arrangement on a vertical metal ladder and flame-treated in a special oven with forced ventilation at 850 ° C for 20 minutes. The cables must not burn off after the fire has passed on after the flaming.
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.In order for cables to meet such high requirements, it is common for communication and power cables to use relatively highly filled materials, primarily based on aluminum oxide hydrate, for the insulation of the wires and for the protective sheath. In addition, tapes made of glass, mica or a composite of glass and mica are often used between the so-called cable core and the protective jacket.
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.Furthermore, it is common for communication and power cables to have an intermediate sheath made of extremely highly filled material between the cable core and the protective sheath to be arranged, to which no special requirements are made with regard to the mechanical and electrical properties.
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.With high-frequency coaxial cables, filled materials cannot be used for cable insulation. The cross-section of the insulating material between the inner and the outer conductor is significantly larger in comparison to the insulating material cross-sections in communication and energy cables. In addition, the classic measures, such as wrapping with glass or mica tapes, fail because they do not provide a sufficient oxygen barrier to the insulating material used for electrical reasons. These insulating materials consist of polyethylene, which swells and gasifies when heated excessively, which leads to the bursting of the casings.
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.The invention has for its object to provide a structure for coaxial high-frequency cables, on the one hand, the electrical conditions are maintained and on the other hand, the flame resistance is increased to such an extent that the cables meet the test conditions specified above, without the cable costs becoming immeasurably high and without the cable dimension, ie the cross section of the cable, significantly enlarged.
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.
- a) the insulation consists of a halogen-free material that fills the space between the inner and outer conductor to less than 70%,
- b) the cylindrical outer conductor is of multi-shell construction, from an inner metal foil lying on the insulation and surrounding it over the entire circumference, running parallel to the axis with overlapping band edges, from a covering of metal wires surrounding this foil with an optical coverage of 80% and more and one of these wire spinning there is a concentrically surrounding outer metal foil winding, the band edges of the outer winding overlapping by at least 25%,
- c) the protective sheath surrounding the outer conductor consists of a flame-retardant halogen-free material, the oxygen index of which is at least 35% at 20 ° C.
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.
- where d - insulation diameter in mm
- LOI = Oxygen index of the protective jacket material at 20 ° C in%
- F - Filling factor of the insulating material between the inner and outer conductor
- w - mean protective wall thickness in mm.
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.The measures according to the invention first of all ensure that the insulation between the inner and outer conductors can expand when heated, so that a very high internal pressure does not necessarily and immediately arise because at least 30% of the volume of space between the inner and outer conductors is available for the expansion stand. For sealing, ie for a substantial reduction, if not to prevent outgassing of the insulation and the bursting of the outer conductor, the latter consists of several layers, which provide a tight seal with high strength surrender. Finally, the protective jacket together with the aluminum foil in the outer conductor helps to greatly reduce the heat impact on the insulation. The outer aluminum foil reflects the heat back where the protective jacket bursts or flakes off.
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.For the insulation between the inner and outer conductors, cellular polyethylene with a fill factor of about 50% is preferably chosen in order to achieve small outer dimensions with unchanged shaft damping. The longitudinal, overlapping metal foil arranged over the insulation results in a further reduction in diameter compared to a cable in which only one braid is used as the outer conductor. The longitudinal film, together with the relatively dense wire spinning, provides a good seal against the ingress of oxygen and polymer leakage to the outside, because the film is supported against the dense braid under the expansion pressure of the insulating material.
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.If the insulation used is a material that is preferably crosslinked by high-energy radiation, then a leakage is largely avoided. The material burns slowly or decomposes on site, i.e. it does not flow into the fire area.
Anhand einer schematischen Zeichnung, die ein Hochfrequenzkoaxialkabel im Schnitt zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben und Ausgestaltungsformen sowie weitere Wirkungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen erläutert.An exemplary embodiment is described with reference to a schematic drawing, which shows a high-frequency coaxial cable in section, and embodiments and further effects of the measures according to the invention are explained.
Das Hochfrequenzkabel besteht aus einem Innenleiter 1, der Isolierung 2, einem Außenleiter 3 und einem Schutzmantel 4.The high-frequency cable consists of an
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.The
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.The
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.The
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.The
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.The use of composite foil instead of a simple metal foil has the advantage that the stretchability is increased considerably. Instead of an aluminum foil as the outer conductor, a copper foil could also be used per se, but aluminum has the advantage of greater flexibility and a lower price.
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