EP1199728A2 - Isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall - Google Patents

Isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall Download PDF

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EP1199728A2
EP1199728A2 EP01402422A EP01402422A EP1199728A2 EP 1199728 A2 EP1199728 A2 EP 1199728A2 EP 01402422 A EP01402422 A EP 01402422A EP 01402422 A EP01402422 A EP 01402422A EP 1199728 A2 EP1199728 A2 EP 1199728A2
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layer
mica
glass
tape
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Ferdinand Grögl
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Nexans SA
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H01B7/0258—Disposition of insulation comprising one or more longitudinal lapped layers of insulation
    • H—ELECTRICITY
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    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H01B7/0275—Disposition of insulation comprising one or more extruded layers of insulation
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame

Definitions

  • the present invention relates to an insulated electrical conductor with functional integrity in the event of a fire, an electrical line with functional integrity in the event of a fire and a Method of making an insulated electrical conductor and an electrical one Management.
  • cables are exposed to the flames, they usually burn in the cable existing insulation and sheath materials, provided they are not materials, that dripped completely or partially under the influence of the fire heat are. Residues left on the conductors after the fire may, if not have become conductive due to charring or the action of extinguishing agents, prevent a short circuit between the conductors or an earth fault and thus low operating voltages make emergency operation possible. These residues are however usually not mechanically resilient, so that even the smallest movements like thermal changes in length of the conductor when cooling after the fire or slight vibrations lead to the destruction of the residues and thus the failure of the Effect cable.
  • Cables that must remain operational in the event of a fire for example Cables for emergency systems or the operation of fire extinguishing systems are included Insulated materials that are stable in the event of fire. Additional mineral deposits Layers - such as glass silk tapes - can reduce the insulating ability in the event of a fire maintained. However, extinguishing agents can also reduce insulation become significantly worse.
  • an insulated conductor in which one on the conductor first layer of an inorganic barrier material is applied.
  • This is what it is about is a glass fabric tape, which is reinforced with mica.
  • the mica particles are connected to the glass fabric tape with a silicone resin.
  • the layer can be applied to the conductor by extrusion, as a tape or in some other way.
  • Above the first layer is an abrasion-resistant second layer made of polyimide. Further insulating layers can also be applied to the polyimide layer.
  • One on insulated conductors produced in this way are characterized by a low weight, high abrasion resistance and high flame resistance.
  • a heat-resistant electrical line has a nickel-plated copper conductor made of at least one layer Mica tape and an overlying fiberglass braid is surrounded. About that There is still an overlapping wrapped metal band and glass fiber braid above it is a braid made of metal wires. Such a structure is very expensive and not on the market, or at most for special applications enforceable. In addition, the line is not very flexible and because of the high Heavy metal content.
  • the object of the present invention is an insulated electrical Providing ladder that is flexible, lightweight and inexpensive can be produced.
  • the main advantage of the invention is the fact that by Letting in e.g. two mica tapes in the claimed Overlap de facto three layers of mica are generated on the conductor. Will one Wrapping with a thread or tape made of tensile, flame-resistant material The two belts are provided during production and also in the event of a fire held together.
  • FIG. 1 shows an insulated conductor according to the teaching of the invention shown - with a metallic conductor 1, solid or consisting of individual wires, which is preferably made of copper.
  • the conductor 1 or the individual wires of the conductor can be tinned.
  • the glass silk / mica tape consists of one Glass silk fabric, with which mica particles are connected by means of a silicone resin.
  • the next layer 3 also forms a longitudinal entry with at least 50% Glass fiber / mica tape applied overlap, the overlap seam 2a of the first layer 2 offset by 180 ° to the overlap seam 3a of the second layer 3 is located.
  • the first layer 2 is applied to the conductor 1 so that the mica layer the conductor surface is facing.
  • Two threads 4 and 5 are crosswise on the second Layer 3 wound up.
  • the threads 4 and 5 are preferably glass or carbon threads.
  • a extruded insulating layer 6 forms the outer shell of the insulated conductor.
  • the insulation layer 6 can consist of an inexpensive plastic, e.g. Polyethylene, the However, polyethylene should be flame retardant due to known additives, in order to prevent a fire To prevent the flames from spreading.
  • the more than 50% overlap of layers 2 and 3 results in at least one triple mica layer, which increases the resistance of the conductor to Flame exposure is significantly increased.
  • the threads 4 and 5 ensure that the layers 2 and 3 both during production and in the event of a fire after the insulation 6 is destroyed, maintain its closed position around the conductor 1 and thus the Mica flakes isolate the conductor 1 even during a fire and afterwards surround.
  • the glass portions of layers 2, 3 and optionally 4 and 5 start at to melt at a temperature above 1000 ° C and form with the mica platelets effective insulation at high temperatures.
  • FIG. 2 shows a section through a line with functional integrity in the event of fire, which the four insulated wires 7,8,9 and 10, which are twisted together and one first layer 11 made of a coated glass silk tape, the coating of which an unvulcanized flame-retardant, halogen-free ethylene copolymer compound exists, is surrounded.
  • the layer 11 is intended to act as a flame barrier layer.
  • a drain wire 12 preferably running in the form of a helical line, which is tinned.
  • a second layer 13 made from one side plastic-coated metal tape running lengthways with overlapping tape edges shaped, wherein the bare metal layer contacts the drain wire 12.
  • This second layer 13 serves as a shield.
  • An outer jacket 14 surrounds the shielding layer 13.
  • Each The wire is constructed like the insulated conductor according to FIG. 1.
  • the outer jacket 11 is made expediently made of a flame-retardant plastic e.g. highly filled Polyethylene.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a manufacturing method for a Line as shown in Figure 2.
  • the metallic conductor 1 is from a supply coil or a storage container 15 peeled off and first from a glass silk / mica tape forming the first layer 2 wrapped lengthways, the one that supports the mica layer Surface of the glass silk / mica tape facing the conductor surface.
  • the bandwidth of the fiberglass / mica tape is dimensioned so that it is at least the same is 1.5 times the circumference of the conductor 1.
  • Forming the from a supply spool 16 stripped glass silk / mica tape is done by a coaxial to the continuous conductor 1 arranged tube, not shown. The same way becomes the glass layer / mica tape which forms the second layer 3 and is drawn off from a supply spool 17 around the first layer 2.
  • the second layer 3 is placed on the first layer 2 so that the overlaps are diametrically opposed to each other. Layers 2 and 3 thus form a three layer Layer containing mica.
  • the stranded composite 22 is in an extruder 23 with the outer jacket 14 and the finished line on a supply spool 24 wound.
  • the means for applying the glass silk ribbon 11 of the drain wire 12, and the shield 13 are omitted for the sake of clarity. Such means are known in cable and wire technology.
  • the extruder 19 can also be an extruder with four mouthpieces. At this Execution with the first layer 2, the second layer 3 and the threads 4th and 5 provided conductor 1 coated with the insulation 6 and after the Pass through the cooling pool 20 stranded.

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Abstract

Es wird ein isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall beschrieben, bestehend aus einem metallischen Leiter, einer auf den Leiter aufgebrachten ersten Glas und/oder Glimmer enthaltenden Schicht und einer die erste Schicht umgebenden zweiten Kunststoffschicht, wobei die erste Schicht aus zumindest zwei längseinlaufend auf den Leiter aufgebrachten Bändern (2,3) aus Glas und/oder Glimmer besteht, deren Breite so gewählt ist, daß die Bänder (2,3) einander um mindestens 50 % überlappen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen isolierten elektrischen Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall, eine elektrische Leitung mit Funktionserhalt im Brandfall sowie ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters und einer elektrischen Leitung.
Sind Kabel den Flammen ausgesetzt, so verbrennen in der Regel die im Kabel vorhandenen Isolier- und Mantelwerkstoffe, sofern es sich nicht um Werkstoffe handelt, die unter der Einwirkung der Brandhitze schon vorher ganz oder teilweise abgetropft sind. Nach dem Brand auf den Leitern verbliebene Rückstände können, wenn sie nicht durch Verkohlen oder durch die Einwirkung von Löschmitteln leitfähig geworden sind, einen Kurzschluß zwischen den Leitern oder einen Erdschluß verhindern und damit bei geringen Betriebsspannungen einen Notbetrieb möglich machen. Diese Rückstände sind jedoch in der Regel mechanisch nicht belastbar, so daß schon kleinste Bewegungen wie thermisch bedingte Längenänderungen der Leiter beim Abkühlen nach dem Brand oder leichte Erschütterungen zur Zerstörung der Rückstände führen und damit den Ausfall des Kabels bewirken. Kabel, die im Brandfall betriebsfähig bleiben müssen, beispielsweise Kabel für Notruf-Anlagen oder den Betrieb von Feuerlöschanlagen, werden mit Werkstoffen isoliert, die im Brandfall standfest sind. Zusätzlich eingebrachte mineralische Schichten - wie Glasseidebänder - können das Isoliervermögen im Brandfall aufrechterhalten. Allerdings kann auch hier durch Löschmittel das Isoliervermögen erheblich verschlechtert werden.
Höchste Sicherheit in bezug auf die Betriebsfähigkeit im Brandfall wird mit mineralisolierten Kabeln erreicht. Diese sind mit einer festen Keramikmasse isoliert und mit einem Mantel aus Metall umhüllt. Derartige Kabel sind jedoch extrem teuer und weisen eine geringe Biegbarkeit auf.
Aus der US-PS 3 425 865 ist ein isolierter Leiter bekannt, bei dem auf den Leiter eine erste Schicht eines anorganischen Barrierematerials aufgebracht ist. Hierbei handelt es sich um ein Glasgewebeband, welches mit Glimmer verstärkt ist. Die Glimmerteilchen sind mit einem Silikonharz mit dem Glasgewebeband verbunden. Die Schicht kann durch Extrusion, als Band oder auf andere Weise auf den Leiter aufgebracht werden. Über der ersten Schicht befindet sich noch eine abriebfeste zweite Schicht aus Polyimid. Auf die Polyimidschicht können noch weitere Isolierschichten aufgebracht werden. Ein auf diese Weise hergestellter isolierter Leiter zeichnet sich aus durch ein niedriges Gewicht, eine hohe Abriebfestigkeit und eine hohe Flammbeständigkeit.
Aus dem DE-GM 87 16 166 ist eine hitzebeständige elektrische Leitung bekannt, die einen vernickelten Kupferleiter aufweist, der von mindestens einer Schicht aus Glimmerband und einem darüberliegenden Glasseidegeflecht umgeben ist. Über dem Glasseidegeflecht befindet sich noch ein überlappend gewickeltes Metallband und darüber noch ein aus Metalldrähten bestehendes Geflecht. Ein derartiger Aufbau ist sehr kostspielig und auf dem Markt nicht, bzw. höchstens bei Spezialanwendungen durchsetzbar. Darüberhinaus ist die Leitung wenig flexibel und weist wegen des hohen Metallanteils ein hohes Gewicht auf.
Der vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen isolierten elektrischen Leiter bereitzustellen, der flexibel ist, ein geringes Gewicht aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1, sowie des Anspruchs 8 gelöst.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch das Längseinlaufenlassen von z.B. zwei glimmerhaltigen Bändern bei der beanspruchten Überlappung de facto drei Glimmerschichten auf dem Leiter erzeugt werden. Wird eine Bewicklung mit einem Faden oder Band aus zugfestem, flammbeständigem Material vorgesehen, werden die beiden Bänder während der Fertigung und auch im Brandfall zusammengehalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
Die Figur 1 zeigt einen isolierten Leiter nach der Lehre der Erfindung - abgesetzt dargestellt - mit einem metallischen Leiter 1, massiv oder aus Einzeldrähten bestehend, der vorzugsweise aus Kupfer besteht. Der Leiter 1 bzw. die Einzeldrähte des Leiters können verzinnt sein. Über dem Leiter 1 befindet sich eine erste Lage 2 eines Glasseide-/Glimmerbandes, welches längseinlaufend mit einer Überlappung von mindestens 50 % auf den Leiter 1 aufgebracht ist. Das Glasseide-/Glimmerband besteht aus einem Glasseidegewebe, mit dem Glimmerteilchen mittels eines Silikonharzes verbunden sind. Die nächste Lage 3 bildet ebenfalls ein längseinlaufend mit mindestens 50 % Überlappung aufgebrachtes Glasseide-/Glimmerband, wobei die Überlappungsnaht 2a der ersten Lage 2 um 180° versetzt zu der Überlappungsnaht 3a der zweiten Lage 3 gelegen ist. Die erste Lage 2 ist so auf den Leiter 1 aufgebracht, daß die Glimmerschicht der Leiteroberfläche zugekehrt ist. Zwei Fäden 4 und 5 sind kreuzweise auf die zweite Lage 3 aufgewickelt. Die Fäden 4 und 5 sind bevorzugt Glas- oder Kohlenstoffäden. Eine extrudierte Isolierschicht 6 bildet die äußere Hülle des isolierten Leiters. Die Isolierschicht 6 kann aus einem preiswerten Kunststoff bestehen, z.B. Polyethylen, wobei das Polyethylen jedoch durch bekannte Zusätze flammwidrig sein sollte, um im Brandfall eine Ausbreitung der Flammen zu verhindern.
Durch die mehr als 50 %ige Überlappung der Lagen 2 und 3 erhält man eine zumindest dreifache Glimmerschicht, wodurch die Beständigkeit des Leiters gegen Flammeinwirkung deutlich erhöht wird. Die Fäden 4 und 5 gewährleisten, daß die Lagen 2 und 3 sowohl während der Fertigung als auch im Brandfall, nachdem die Isolierung 6 zerstört ist, ihre geschlossene Position um den Leiter 1 beibehalten und somit die Glimmerplättchen den Leiter 1 auch während eines Brandes und danach isolierend umgeben. Die Glasanteile der Lagen 2, 3 und gegebenenfalls 4 und 5 beginnen bei einer Temperatur oberhalb 1000°C zu schmelzen und bilden mit den Glimmerplättchen eine bei hohen Temperaturen wirksame Isolierung.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine Leitungen mit Funktionserhalt im Brandfall, die aus den vier isolierten Adern 7,8,9 und 10 besteht, die miteinander verseilt und von einer ersten Lage 11 aus einem beschichteten Glasseidenband, dessen Beschichtung aus einem unvulkanisierten flammwidrigen, halogenfreien Ethylen-Copolymer-Compound besteht, umgeben ist. Die Lage 11 soll als Flammbarriereschicht wirken. Über der Lage 11 befindet sich ein vorzugsweise in Form einer Schraubenlinie verlaufender Beidraht 12, der verzinnt ist. Darüber ist eine zweite Lage 13 aus einem einseitig kunststoffbeschichteten Metallband längseinlaufend mit überlappenden Bandkanten geformt, wobei die blanke Metallschicht den Beidraht 12 kontaktiert. Diese zweite Lage 13 dient als Abschirmung. Ein Außenmantel 14 umgibt die Abschirmschicht 13. Jede Ader ist wie der isolierte Leiter nach Figur 1 aufgebaut. Der Außenmantel 11 besteht zweckmäßigerweise aus einem flammwidrig gemachten Kunststoff z.B. hochgefülltem Polyethylen.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens für eine Leitung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist.
Der metallische Leiter 1 wird von einer Vorratsspule oder einem Vorratsbehälter 15 abgezogen und zunächst von einem die erste Lage 2 bildenden Glasseide-/Glimmerband längseinlaufend umhüllt, wobei die die Glimmerschicht tragende Oberfläche des Glasseide-/Glimmerbandes der Leiteroberfläche zugekehrt ist. Die Bandbreite des Glasseide-/Glimmerbandes ist so bemessen, daß sie zumindest gleich dem 1,5-fachen des Umfangs des Leiters 1 ist. Das Formen des von einer Vorratsspule 16 abgezogenen Glasseide-/Glimmerbandes erfolgt durch ein koaxial zum durchlaufenden Leiter 1 angeordnetes nicht näher dargestelltes Rohr. Auf gleiche Weise wird das die zweite Lage 3 bildende von einer Vorratsspule 17 abgezogenes Glasseide-/Glimmerband um die erste Lage 2 herumgelegt.
Die zweite Lage 3 wird so auf die erste Lage 2 aufgelegt, daß die Überlappungen einander diametral gegenüberliegen. Die Lagen 2 und 3 bilden somit eine dreilage Glimmer enthaltende Schicht.
Auf die zweite Lage 3 werden dann zwei Glas- bzw. Kohlenstoffäden 4 und 5 mit gegenläufiger Schlagrichtung aufgebracht. Der Deutlichkeit halber ist nur ein Wickler 18 und ein Faden 4 dargestellt. Der auf diese Weise vorisolierte Leiter wird dann einem Extruder 19 zugeführt, welcher die Isolierschicht 6 auf den vorisolierten Leiter aufbringt. Die Isolierschicht 6 wird in einem Kühlbecken 20 abgekühlt. In der beschriebenen Weise werden gleichzeitig in nebeneinander angeordneten gleichartigen Fertigungsanlagen vier isolierte Adern 7, 8, 9 und 10 hergestellt. Die isolierten Adern 7, 8, 9 und 10 werden gemeinsam einer SZ-Verseileinrichtung 21 zugeführt und dort miteinander mit wechselnde Schlagrichtung verseilt. Der Verseilverbund 22 wird in einem Extruder 23 mit dem Außenmantel 14 versehen und die fertige Leitung auf eine Vorratsspule 24 aufgewickelt. Die Mittel zum Aufbringen des Glasseidenbandes 11 des Beidrahtes 12, sowie der Abschirmung 13 sind der Deutlichkeit halber fortgelassen. Derartige Mittel sind in der Kabel- und Leitungstechnik bekannt.
Der Extruder 19 kann auch ein Extruder mit vier Mundstücken sein. Bei dieser Ausführung werden die mit der ersten Lage 2, der zweiten Lage 3 sowie den Fäden 4 und 5 versehenen Leiter 1 gleichzeitig mit der Isolierung 6 beschichtet und nach dem Durchlauf durch das Kühlbecken 20 verseilt.
Das beschriebene Verfahren bildet eine im Hinblick auf die Fertigungskosten optimale Lösung zur Herstellung der in Figur 2 dargestellten Leitung.

Claims (14)

  1. Isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall, bestehend aus einem metallischen Leiter, einer auf den Leiter aufgebrachten ersten Glas und/oder Glimmer enthaltenden Schicht und einer die erste Schicht umgebenden zweiten Kunststoffschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus zumindest zwei längseinlaufend auf den Leiter aufgebrachten Bändern (2,3) aus Glas und/oder Glimmer, wobei die Breite der Bänder (2,3) so gewählt ist, daß die Bänder (2,3) einander um mindestens 50 % überlappen.
  2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Schicht zumindest ein Band oder Faden (4,5) aus zugfestem, flammbeständigem Material schraubenlinienförmig aufgebracht ist.
  3. Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder aus einem Glasseideband mit Glimmerteilchen bestehen, die mit einem Silikonharz mit dem Glasseideband verbunden sind.
  4. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bänder oder Fäden (4,5) mit einander gegenläufiger Schlagrichtung auf die erste Schicht (2,3) aufgewickelt sind.
  5. Leiter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (4,5) aus zugfestem, flammbeständigen Material ein Glasfaser- oder Kohlefaserfaden ist.
  6. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Bändern der Überlappungsbereich (2a) des ersten Bandes (2) um 180° versetzt zum Überlappungsbereich (3a) des zweiten Bandes (3) gelegen ist.
  7. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (2,3) der ersten Schicht Glas-/Glimmerbänder sind und die Glimmerschicht dem Leiter (1) zugekehrt ist.
  8. Elektrische Leitung mit Funktionserhalt im Brandfall, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zumindest zwei miteinander verseilte Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.
  9. Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters mit Funktionserhalt im Brandfall, bei dem ein elektrischer Leiter mit einer ersten Glas und/oder Glimmer enthaltenden Schicht versehen und anschließend auf diese erste Schicht eine zweite Schicht aus Kunststoff aufgebracht wird, gekennzeichnet durch die Schritte
    a) Aufbringen eines ersten Glas und/oder Glimmer enthaltenden längseinlaufenden Bandes auf den Leiter mit einer Überlappung von mindestens 50 %,
    b) Aufbringen eines zweiten Glas und/oder Glimmer enthaltenden längseinlaufenden Bandes auf das erste Band mit einer Überlappung von ebenfalls über 50 %, wobei die Überlappung des zweiten Bandes gegenüber der Überlappung des ersten Bandes um 180° versetzt ist,
    c) Extrusion einer Kunststoffschicht auf den mit der ersten Schicht und versehenden Leiter in Tandem.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt Aufwickeln zumindest eines Bandes oder Fadens auf das zweite Band vor Schritt c).
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsformung der Bänder innerhalb einer Rohrführung vorgenommen wird.
  12. Verfahren nach einem der Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Glasfaser- oder Kohlefaserfäden schraubenlinienförmig mit einander gegenläufigen Schlagrichtungen auf das zweite Band aufgewickelt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere Leiter hergestellt und anschließend mit einer gemeinsamen Kunststoffumhüllung versehen werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter miteinander verseilt und anschließend auf den Verseilverbund ein Außenmantel aus Kunststoff aufextrudiert wird.
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