EP1619694A1

EP1619694A1 - Isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall

Info

Publication number: EP1619694A1
Application number: EP04291877A
Authority: EP
Inventors: Ferdinand Grögl; Joachim Uttinger
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: PL1619694T3; EP1619694B1

Abstract

Es wird ein isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall angegeben, der aus einem metallischen Leiter (1), einer auf den Leiter aufgebrachten Glas/Glimmer-Schicht und einer dieselbe umgebenden Kunststoffschicht (5) besteht. Die Glas/Glimmer- Schicht weist zwei übereinander liegende Bänder (2,4) auf, deren Breite jeweils so gewählt ist, daß ihre Ränder einander überlappen. Das erste Band (2) ist mit einer Überlappung seiner Ränder zwischen 25 % und 50 % und innen liegender Glimmerschicht längseinlaufend um den Leiter (1) herumgeformt. Das zweite Band (4) ist mit innen liegender Glimmerschicht mit einer Überlappung seiner Ränder zwischen 25 % und 50 % um das erste Band (2) herumgewickelt und die Kunststoffschicht (5) enthält ein im Brandfall eine Restschicht bildendes Material, vorzugsweise keramisierendes Material.

Description

Die Erfindung betrifft einen isolierten elektrischen Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall, bestehend aus einem metallischen Leiter, einer auf den Leiter aufgebrachten Glas/Glimmer-Schicht und einer dieselbe umgebenden Kunststoffschicht, bei welchem die Glas/Glimmer-Schicht aus zwei übereinander liegenden Bändern besteht, einem ersten Band, dessen Glimmerschicht am Leiter anliegt, und einem zweiten Band, deren Breite jeweils so gewählt ist, daß ihre Ränder einander überlappen (DE 100 51 962 A1).
Die Bezeichnung "Glas/Glimmer" steht beispielsweise für ein Gebilde aus einem Trägerband in Form eines offenen Glasgewebes mit Kett- und Schußfäden, das festhaftend einseitig mit Glimmer beschichtet ist. Als Haftvermittler zwischen dem Glasgewebe und dem Glimmer ist mit Vorteil Silikon eingesetzt. Mit einem derartigen Material isolierte Leiter sind für Leitungen bzw. Kabel bestimmt, die zur Stromversorgung beliebiger Verbraucher und/oder zur Nachrichtenübertragung in Gebäuden eingesetzt sind. Unabhängig von der Vorgabe, daß die Leiter bzw. die mit denselben ausgerüsteten Leitungen und Kabel nicht komplett bis zum Leiter abbrennen dürfen und im Brandfall möglichst wenig Rauch entwickeln, besteht auch eine sogenannte Notlaufforderung. Diese Forderung bedeutet, daß die Leitungen bzw. Kabel im Brandfall ihre Funktion noch für eine vorgebbare Zeitdauer beibehalten. Durch ein Feuer verbrennen alle brennbaren Materialien der Leitungen bzw. Kabel. Es verbleibt lediglich für einen begrenzten Zeitraum eine den Leiter umgebende Glas/Glimmer-Schicht als Isolierung, die einen Kurzschluß mit anderen Leitern, einem Schirm oder anderen Metallteilen verhindert.
Der bekannte Leiter nach der eingangs erwähnten DE 100 51 962 A1 ist von einer aus zwei Bändern bestehenden Glas/Glimmer-Schicht umgeben, die beide längseinlaufend mit überlappenden Rändern um den Leiter herumgeformt sind. Die Überlappung beträgt mindestens 50 % und die Überlappungsstellen liegen einander bezüglich des Leiters diametral gegenüber. Es wird so auf einfache Weise eine dreilagige Glas/Glimmer-Schicht erzeugt. Ein derartiger Leiter genügt allen zum Funktionserhalt gestellten Anforderungen. Es kann aber in ungünstigen Fällen geschehen, daß die Glas/Glimmer-Schicht im Brandfall bei einer sehr hohen Zugbelastung und damit verbundener Dehnung mechanisch beschädigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische Stabilität des eingangs geschilderten Leiters und seine elektrische Sicherheit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

daß das erste Band mit einer Überlappung seiner Ränder zwischen 25 % und 50 % längseinlaufend um den Leiter herumgeformt ist,
daß das zweite Band mit innen liegender Glimmerschicht mit einer Überlappung seiner Ränder zwischen 25 % und 50 % um das erste Band herumgewickelt ist und
daß die Kunststoffschicht ein im Brandfall eine Restschicht bildendes Material, vorzugsweise keramisierendes Material, enthält.

Die beiden Bänder aus Glas/Glimmer stellen mit ihren überlappenden Rändern insgesamt eine Isolierschicht des Leiters dar, die ausreichend viel Material enthält, um den Leiter auch im Brandfall zumindest für einen längeren Zeitraum wirksam zu isolieren, wodurch seine Funktionsfähigkeit für diesen Zeitraum sichergestellt ist. Die mechanische Festigkeit des Leiters bzw. seiner Isolierung gegenüber Zugbelastungen ist dadurch erhöht, daß das zweite Band um das erste Band überlappend herumgewickelt ist. Mit den beiden Bändern der Glas/Glimmer-Schicht hat der Leiter eine mechanisch stabile Isolierung, die im Brandfall zumindest für die vorgegebene Zeitdauer wirksam ist. Diese elektrische Sicherheit wird durch die Kunststoffschicht weiter erhöht, durch deren Restschicht die den Leiter im Brandfall noch umgebende Isolierschicht zusätzlich verdickt wird. Dadurch ist auf jeden Fall zu benachbarten Leitern, in einer zwei oder mehr Leiter aufweisenden Leitung, zu einem Schirm einer solchen Leitung oder zu anderen Metallteilen ein ausreichender Abstand sichergestellt, der allen elektrischen Anforderungen genügt, wie beispielsweise Spannungsfestigkeit, Isolationswiderstand und Betriebskapazität.
Die Kunststoffschicht kann für unterschiedliche Leiter unterschiedlich gefärbt sein, so daß die einzelnen Leiter einer mehrere Leiter aufweisenden Leitung leicht zu identifizieren sind. Sie kann durch ein mit einer heißsiegelfähigen Schicht versehenes Kunststoffband oder durch eine Beschichtung mit vernetztem Silikon realisiert sein.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Ansichten eines isolierten Leiters nach der Erfindung mit abschnittsweise entfernten Schichten seiner Isolierung in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.
Fig. 3 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung des Leiters nach Fig. 1
Fig. 4 einen Querschnitt einer Leitung mit mehreren Leitern nach Fig. 1 oder 2.

Ein in Fig. 1 mit 1 bezeichneter elektrischer Leiter besteht vorzugsweise aus Kupfer. Der Leiter 1 kann eine aus Einzeldrähten bestehende Litze sein. Er kann auch als massiver Draht ausgeführt sein. Über dem Leiter 1 ist ein erstes Band 2 aus Glas/Glimmer angebracht, das längseinlaufend mit überlappenden Rändern um den Leiter 1 herumgeformt ist. Die Glimmerschicht des Bandes 2 ist dem Leiter 1 zugewandt. Der Überlappungsbereich 3 ist in Fig. 1 eingezeichnet, und zwar begrenzt durch eine ausgezogene und eine gestrichelte Linie. Die Überlappung beträgt mit Vorteil zwischen 25 % und 50 %, bezogen auf die Breite des Bandes 2. Um das erste Band 2 ist ein zweites Band 4 aus Glas/Glimmer überlappend herumgewickelt, dessen Glimmerschicht dem ersten Band 2 zugewandt ist. Die Überlappung liegt hier mit Vorteil ebenfalls zwischen 25 % und 50 %, wieder auf die Breite des Bandes 4 bezogen.
Um das zweite Band 4 kann gemäß Fig. 1 als Kunststoffschicht 5 ein Kunststoffband 6 überlappend herumgewickelt sein, das auf einer Seite mit einer Schicht aus heißsiegelfähigem Material versehen ist. Die Schicht aus heißsiegelfähigem Material liegt mit Vorteil am zweiten Band 4 an. Sie sorgt dann nach entsprechender Wärmezufuhr für eine Verklebung der überlappenden Ränder des zweiten Bandes 4. Auch bei dem Kunststoffband 6 liegt die Überlappung vorteilhaft zwischen 25 % und 50 %, bezogen auf seine Breite.
Das Kunststoffband 6 kann aus einem hoch flammwidrigen Kunststoff bestehen, wie beispielsweise Polyamidimid oder PEEK. Das Material der heißsiegelfähigen Schicht kann ein Copolymer auf der Basis von Ethylenacrylsäureacrylat (EAA) oder Ethylenmethacrylsäureester (EMA) sein, das in einem Temperaturbereich von etwa 100 °C bis 200 °C schmilzt. Die Gesamtdicke eines solchen Kunststoffbandes 6 liegt zwischen 50 µm und 100 µm.
Bei dem Kunststoffband 6 kann es sich auch um ein Kunststofffaservlies handeln, das aus einem thermisch verfestigten Polyamidimidvliesstoff bestehen kann, der mit einer heißsiegelfähigen Kunststoff-Copolymerfolie mit einer Dicke von > 15 µm kaschiert ist. Die Gesamtdicke eines solchen Kunststoffbandes 6 liegt zwischen 80 µm und 100 µm.
Als Kunststoffband 6 geeignet ist auch ein Gewebe- oder Faservliesband aus anorganischem Material, beispielsweise aus Glasfasern oder Keramikfasern, das mit einer heißsiegelfähigen Copolymerfolie mit einer Dicke von >15 µm kaschiert ist. Die Gesamtdicke eines solchen Kunststoffbandes 6 liegt zwischen 100 µm und 150 µm.
Das Kunststoffband 6 wird vorzugsweise mit zum zweiten Band 4 entgegengesetzter Wickelrichtung aufgewickelt, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Es kann aber auch mit gleicher Wickelrichtung wie das zweite Band 4 aufgewickelt werden.
Die Kunststoffschicht 5 kann gemäß Fig. 2 auch eine Hülle 7 aus vernetztem Silikon sein. Sie wird dann mit einer geeigneten Beschichtungsvorrichtung lückenlos auf das zweite Band 4 aufgebracht. Dazu kann das Silikon in liquider Form in einem Durchlaufprozeß beispielsweise mit einer Schichtdicke zwischen 0,15 mm und 0,8 mm aufgebracht werden. Das Silikon kann anschließend mittels IR- oder UV- Strahlen vernetzt werden. Dem liquiden Silikon können zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Brandeigenschaften auch Pulver und/oder Kurzfasern aus Glas/Quarz oder Keramik beigemischt sein.
Der Leiter nach Fig. 1 wird beispielsweise wie folgt hergestellt:
Ein metallischer Leiter 1 wird von einer Vorratsspule 8 abgezogen und einer Formungseinrichtung 9 zugeführt, in welcher ein erstes, aus Glas/Glimmer bestehenden Band 2 längseinlaufend um den Leiter 1 herumgeformt wird. Dessen Glimmerschicht ist dabei dem Leiter 1 zugekehrt. Das Band 2 wird dazu von einer Vorratsspule 10 abgezogen. Die Breite des Bandes 2 ist so bemessen, daß sich eine Überlappung seiner Ränder von etwa 25 % bis 50 % ergibt, bezogen auf seine Breite. Unmittelbar hinter der Formungseinrichtung 9 wird mit einer Wickeleinrichtung 11 das zweite, Glas/Glimmer enthaltende Band 4 um das erste Band 2 herumgewickelt, so daß das erste Band 2 in seiner von der Formungseinrichtung 9 gegebenen Form gehalten und stabilisiert wird. Die Glimmerschicht des zweiten Bandes 4 liegt dabei vorzugsweise am Band 2 an.
Mit einer Wickeleinrichtung 12 wird danach das mit einer heißsiegelfähigen Schicht versehene Kunststoffband 6 aufgewickelt. Die heißsiegelfähige Schicht kann dem zweiten Band 4 zugewandt sein. Sie kann aber auch außen liegen. Der so von drei Schichten umgebene Leiter 1 wird anschließend durch eine Heizanlage 13 gezogen, in welcher die heißsiegelfähige Schicht in ihren siegelfähigen Zustand gebracht wird. Dadurch werden die Überlappungsbereiche des Kunststoffbandes 6 und gegebenenfalls auch des zweiten Bandes 4 miteinander verklebt. Nach Abkühlung kann der fertig isolierte Leiter auf eine Spule 14 aufgewickelt oder einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Der Leiter nach Fig. 2 wird bis zum Aufwickeln des zweiten Bandes 4 ebenso wie der Leiter nach Fig. 1 hergestellt. Bei dieser Ausführungsform wird dann statt des Kunststoffbandes 6 die Hülle 7 aus Silikon aufgebracht, das anschließend vernetzt wird, beispielsweise durch IR- oder UV-Strahlung. Auch dieser Leiter kann abschließend aufgewickelt oder einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Der isolierte Leiter nach den Fig. 1 oder 2 - im folgenden kurz als "Ader A" bezeichnetkann prinzipiell als Einzelelement verwendet werden. Eine solche Ader A wird aber in bevorzugter Ausführungsform mit mindestens einer weiteren Ader A in einer Leitung L bzw. einem Kabel angeordnet. Eine Leitung L ist im Querschnitt beispielsweise in Fig. 4 dargestellt. Sie weist bei diesem Ausführungsbeispiel vier miteinander verseilte Adern A auf. Die Adern A sind beispielsweise zu einer als Sternvierer ausgebildeten Einheit miteinander verseilt. Damit eine einwandfreie Identifizierung der einzelnen Adern A - beispielsweise an Verbindungsstellen - auf einfache Weise möglich ist, können die Kunststoffbänder 6 oder die Hülle 7 der Adern A einer Leitung L alle unterschiedlich gefärbt sein.
Über der Einheit der vier Adern A ist ein Glasseideband oder Glas/Glimmerband 15 angeordnet, das mit überlappenden Rändern um die Einheit herumgewickelt ist. Das Band 15 ist von einem einseitig mit Kunststoff kaschierten, der Abschirmung dienenden Metallband 16 umgeben, das mit seiner Metallseite nach innen um das Band 15 herumgewickelt oder längseinlaufend um dasselbe herumgeformt ist. Das Metallband 16 ist beispielsweise ein mit Polyester kaschiertes Kupferband. Zwischen den Bändern 15 und 16 kann mit Vorteil ein aus Kupfer bestehender Beidraht 17 angeordnet sein, der vorzugsweise mit dem Verseilschlag der vier Adern A wendelförmig um das Band 15 herumgewickelt ist. Der Beidraht 17 stellt die permanente Durchverbindung des Metallbandes 16 sicher. Das Band 16 ist von einem Mantel 18 aus einem flammwidrigen, halogenfreien Isoliermaterial auf Polymerbasis umgeben. Er wird vorzugsweise auf das Band 16 aufextrudiert.

Claims

Isolierter elektrischer Leiter mit Funktionserhalt im Brandfall, bestehend aus einem metallischen Leiter, einer auf den Leiter aufgebrachten Glas/Glimmer-Schicht und einer dieselbe umgebenden Kunststoffschicht, bei welchem die Glas/Glimmer-Schicht aus zwei übereinander liegenden Bändern besteht, einem ersten Band, dessen Glimmerschicht am Leiter anliegt, und einem zweiten Band, deren Breite jeweils so gewählt ist, daß ihre Ränder einander überlappen, dadurch gekennzeichnet,
- daß das erste Band (2) mit einer Überlappung seiner Ränder zwischen 25 % und 50 % längseinlaufend um den Leiter (1) herumgeformt ist,

- daß das zweite Band (4) mit innen liegender Glimmerschicht mit einer Überlappung seiner Ränder zwischen 25 % und 50 % um das erste Band (2) herumgewickelt ist und

- daß die Kunststoffschicht (5) ein im Brandfall eine Restschicht bildendes Material, vorzugsweise keramisierendes Material, enthält.
Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Band (4) von einer Hülle (7) aus vernetztem Silikon umgeben ist.
Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Silikon Pulver und/oder Kurzfasern aus Glas/Quarz oder Keramik beigemengt sind.
Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um das zweite Band (4) ein mit einer heißsiegelfähigen Schicht versehenes Kunststoffband (6) herumgewickelt ist.
Leiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffband (6) mit gegenüber dem zweiten Band (4) entgegengesetzter Wickelrichtung um dasselbe herumgewickelt ist.
Leiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffband (6) mit gleicher Wickelrichtung wie das zweite Band (4) um dasselbe herumgewickelt ist.
Leitung mit mindestens zwei miteinander zu einer Einheit verseilten Leitern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über der Einheit der Leiter ein Glasseideband oder Glas/Glimmerband (15) überlappt aufgewickelt ist, über dem ein kunststoffkaschiertes Metallband (16) überlappt aufgewickelt oder längseinlaufend herumgeformt ist, das von einem Mantel (18) aus flammwidrigem, halogenfreiem Isoliermaterial umgeben ist.
Leitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Metallband (16) und Mantel (18) ein in Längsrichtung verlaufender metallischer Beidraht (17) angeordnet ist.
Leitung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschichten (5) der beiden Leiter unterschiedlich gefärbt sind.