ITRN20100021A1 - ELECTRICITY CONDUCTOR CABLE. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo “CAVO CONDUTTORE DI ELETTRICITÀ” attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled "ELECTRICITY CABLE"
Il presente trovato si riferisce alla fabbricazione di cavi elettrici, flessibili, per convogliare energia elettrica a bassa tensione e concerne un cavo conduttore di elettricità del tipo che comprende almeno un conduttore metallico; almeno un primo strato di materiale isolante ricoprente il conduttore metallico ed almeno un secondo strato di materiale ricoprente il primo strato di materiale isolante. The present invention relates to the manufacture of flexible electrical cables for conveying low voltage electrical energy and concerns an electricity conducting cable of the type which comprises at least one metal conductor; at least a first layer of insulating material covering the metal conductor and at least a second layer of material covering the first layer of insulating material.
E' noto che i cavi elettrici del tipo sopra detto sono sempre costituiti da un conduttore, che può essere di rame, di alluminio o di altri materiali conduttivi, che viene rivestito con un primo materiale che abbia buone caratteristiche dielettriche ( isolamento ) e che spesso viene ulteriormente rivestito da un altro strato di materiale (guaina) che abbia caratteristiche di resistenza all’uso a cui è destinato il cavo, ovvero all’ambiente in cui il cavo deve essere installato. It is known that electric cables of the aforementioned type always consist of a conductor, which can be of copper, aluminum or other conductive materials, which is coated with a first material that has good dielectric characteristics (insulation) and which often it is further coated with another layer of material (sheath) that has characteristics of resistance to the use for which the cable is intended, that is to the environment in which the cable is to be installed.
Per esempio un cavo che deve esser impiegato in ambito industriale avrà una guaina resistente all’olio, mentre un cavo per miniera avrà una guaina resistente all’abrasione ed alla lacerazione; un cavo che venga impiegato per cabine di saldatura dovrà avere una particolare resistenza all’ozono. I cavi che non hanno la guaina si definiscono correntemente "corde isolate". Per ottenere un cavo multipolare è necessario riunire in una corda unica diverse corde isolate, (da due ad alcune decine). For example, a cable that must be used in the industrial field will have an oil-resistant sheath, while a mine cable will have a sheath resistant to abrasion and tearing; a cable that is used for welding cabins must have a particular resistance to ozone. Cables that do not have a sheath are commonly referred to as "insulated ropes". To obtain a multipolar cable it is necessary to combine several insulated cords (from two to a few dozen) into a single cord.
Questa corda multipolare ha una sezione irregolare che non è perfettamente circolare e che è tanto più irregolare quanto minore è il numero delle corde utilizzate. This multipolar string has an irregular section which is not perfectly circular and which is all the more irregular the smaller the number of strings used.
L’area compresa fra la sezione della corda multipolare ed il cerchio tangente esternamente le singole corde viene definita "area stellare “, mentre i punti di tangenza delle corde isolate sono definite “ creste “. The area between the section of the multipolar chord and the circle tangent externally to the individual chords is called "stellar area", while the points of tangency of the isolated chords are called "crests".
Una sezione circolare del cavo è un pregio del manufatto in quanto, prescindendo da motivi estetici, rende il cavo più facile da maneggiare, da installare e da riunire in fasci ordinati entro le canalizzazioni. A circular section of the cable is an advantage of the product as, regardless of aesthetic reasons, it makes the cable easier to handle, to install and to reunite in ordered bundles within the ducts.
Inoltre, una superficie esterna liscia aumenta la resistenza del manufatto, sia contro eventuali azioni meccaniche, sia contro eventuali aggressioni chimiche. Furthermore, a smooth external surface increases the resistance of the product, both against any mechanical actions and against any chemical aggression.
Per ottenere un cavo multipolare a sezione circolare è quindi necessario che la guaina riempia anche l’area stellare della corda, il che porta a dover impiegare - per la costruzione del cavo - grandi quantità di materiale pregiato, con evidente spreco di materiale e svantaggio economico. To obtain a multipolar cable with a circular section, it is therefore necessary that the sheath also fills the star area of the rope, which leads to the need to use - for the construction of the cable - large quantities of valuable material, with evident waste of material and economic disadvantage. .
Per ovviare a questo problema il riempimento dell'area stellare della corda viene ottenuto abitualmente facendo uso di materiali estremamente economici. To overcome this problem, the filling of the stellar area of the string is usually obtained using extremely cheap materials.
Allo scopo vengono utilizzati diversi tipi di materiali. Ad esempio: scarti di PVC, trefoli di fibre sintetiche o materiali appositamente formulati a base di PVC, nonché Poliolefine o gomma. Questi materiali vengono definiti correntemente “ riempitivi “. All’esterno dei riempitivi viene poi estrusa la guaina negli spessori minimi di capitolato stabiliti dalle varie normative. A tal proposito, tutti i Paesi industrializzati si sono dotati di appositi Capitolati Tecnici che definiscono le caratteristiche e le modalità costruttive dei cavi elettrici. Detti Capitolati vengono gestiti dai vari Enti Nazionali: in Italia il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano, in Inghilterra il BS ( British Standard ) e così via. In Europa, detti Capitolati sono stati successivamente armonizzati sotto il marchio HAR. For this purpose, different types of materials are used. For example: PVC waste, synthetic fiber strands or specially formulated PVC-based materials, as well as polyolefins or rubber. These materials are commonly referred to as “fillers”. The sheath is then extruded outside the fillers in the minimum thicknesses of the specifications established by the various regulations. In this regard, all industrialized countries have equipped themselves with specific Technical Specifications that define the characteristics and construction methods of electrical cables. These Specifications are managed by the various National Bodies: in Italy the CEI (Italian Electrotechnical Committee, in England the BS (British Standard), etc. In Europe, these Specifications were subsequently harmonized under the HAR brand.
I materiali utilizzati per la produzione di questi cavi possono essere termoplastici o reticolati. All'interno della categoria dei termoplastici il materiale più usato è sicuramente il PVC. The materials used for the production of these cables can be thermoplastic or cross-linked. Within the category of thermoplastics, the most used material is certainly PVC.
I motivi del successo del PVC sono il basso costo del materiale di partenza, la semplicità di trasformazione e la facile riciclabilità, sia del PVC, che del cavo in caso di difetti produttivi. The reasons for the success of PVC are the low cost of the starting material, the simplicity of transformation and the easy recyclability, both of PVC and of the cable in case of production defects.
I punti deboli o svantaggi del PVC sono perlopiù ambientali e riguardano la sicurezza del cavo posto in opera che, quando viene sottoposto a forte riscaldamento, per esempio durante un incendio, sviluppa sostanze fortemente tossiche e assai frequentemente letali per gli astanti. The weaknesses or disadvantages of PVC are mostly environmental and concern the safety of the installed cable which, when subjected to strong heating, for example during a fire, develops highly toxic substances and very frequently lethal for bystanders.
II PVC infatti sviluppa acido cloridrico sotto forma di fumi neri che: da un lato, intossicano le persone coinvolte in un eventuale incendio; e da un altro lato, rendono difficile la localizzazione delle vie di fuga. Le statistiche redatte sulle cause di morte durante gli incendi stabiliscono, al di là di ogni ragionevole dubbio, che la maggior parte dei decessi non avviene per le ustioni, bensì per avvelenamento da acido cloridrico e suoi derivati. In fact, PVC develops hydrochloric acid in the form of black fumes which: on the one hand, poison the people involved in a possible fire; and on the other hand, they make it difficult to locate escape routes. The statistics compiled on the causes of death during fires establish, beyond any reasonable doubt, that the majority of deaths do not occur from burns, but from poisoning by hydrochloric acid and its derivatives.
Molteplici studi sono stati fatti in passato per trovare una soluzione a questo problema proponendosi di abbandonare il PVC per passare a materiali che, sottoposti ad incendio, avessero le fondamentali caratteristiche di atossicità dei fumi; di produzione di fumi chiari e di bassa emissione dei fumi stessi. Già da oltre un decennio sono stati individuati prodotti con queste caratteristiche, ma il costo dei materiali alternativi al PVC è decisamente superiore al costo di quest'ultimo; ciò, unitamente anche alla maggiore difficoltà di processo (Estrusione dei cavi) non ha consentito fino ad oggi la sostituzione del PVC da lungo tempo tanto auspicata. Numerous studies have been carried out in the past to find a solution to this problem by proposing to abandon PVC to move to materials that, when subjected to fire, had the fundamental characteristics of non-toxic fumes; production of clear and low smoke emissions. Products with these characteristics have already been identified for over a decade, but the cost of alternative materials to PVC is decidedly higher than the cost of the latter; this, together with the greater difficulty of the process (extrusion of cables) has not allowed the replacement of PVC, which has long been so desired, up to now.
Scopo del presente trovato è pertanto quello di ovviare a questi inconvenienti attraverso la realizzazione di un cavo, il quale è isolato con un materiale estremamente economico e facilmente estrudibile, rivestito con un sottile strato di una poliolefina che ne fissa le dimensioni e che conferisce all'insieme le caratteristiche meccaniche richieste dall'uso. The purpose of the present invention is therefore to obviate these drawbacks by making a cable, which is insulated with an extremely economical and easily extrudable material, coated with a thin layer of a polyolefin which fixes its dimensions and which gives the together with the mechanical characteristics required for use.
Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui: The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, are clearly verifiable from the content of the claims reported below, and the advantages thereof will become more evident in the detailed description that follows, made with reference to the attached drawings, which represent a purely embodiment exemplary and not limiting, in which:
- la figura 1 è una vista prospettica d'insieme di una prima forma di attuazione di un cavo conforme all'invenzione, avente struttura unipolare; - la figura 2 è un vista prospettica d'insieme di una seconda forma di attuazione di un cavo conforme all'invenzione, dotato di struttura multipolare. Con riferimento alla figura 1 degli uniti disegni, con 1 è individuato nel suo complesso un cavo conduttore di elettricità, a bassa tensione, flessibile, che comprende essenzialmente un conduttore 2 metallico, in rame, alluminio o altri materiali altrettanto conduttivi, il quale è rivestito da un primo strato 3 di materiale isolante, posto a diretto ricoprimento del conduttore 2 e da un secondo strato 4 di materiale flessibile posto a ricoprimento del primo strato 3 di materiale isolante. Figure 1 is an overall perspective view of a first embodiment of a cable according to the invention, having a unipolar structure; Figure 2 is an overall perspective view of a second embodiment of a cable according to the invention, equipped with a multipolar structure. With reference to Figure 1 of the accompanying drawings, 1 identifies as a whole a flexible low voltage electric conductor cable which essentially comprises a metal conductor 2, made of copper, aluminum or other equally conductive materials, which is coated by a first layer 3 of insulating material, placed to directly cover the conductor 2 and by a second layer 4 of flexible material placed to cover the first layer 3 of insulating material.
Il primo strato 3 di materiale isolante comprende essenzialmente una formulazione del proprio materiale costitutivo che prevede una miscela di idrossidi di metalli del del terzo e/o quarto periodo della scala periodica degli elementi, in particolare Al, Mg, Ca, Na, K, di copolimeri etilen-propilenici e di copolimeri butadienici. The first layer 3 of insulating material essentially comprises a formulation of its constituent material which provides a mixture of metal hydroxides of the third and / or fourth period of the periodic scale of the elements, in particular Al, Mg, Ca, Na, K, of ethylene-propylene copolymers and butadiene copolymers.
Gli idrossidi metallici sono contenuti puri o mescolati tra loro in rapporti ponderali compresi tra 50 e 90% del peso totale della miscela. The metal hydroxides are contained pure or mixed together in weight ratios between 50 and 90% of the total weight of the mixture.
I copolimeri etilen-propilenici sono scelti in famiglie di copolimeri contenenti etilene in percentuale compresa tra il 10 ed il 90%. Detti copolimeri etilenpropilenici sono contenuti in rapporti ponderali compresi tra 5 e 15% del peso totale della miscela. The ethylene-propylene copolymers are selected from families of copolymers containing ethylene in a percentage comprised between 10 and 90%. Said ethylene propylene copolymers are contained in weight ratios ranging from 5 to 15% of the total weight of the mixture.
I copolimeri butadienici sono scelti in famiglie di copolimeri in cui il butadiene è contenuto tra il 10 e l'80%. Detti copolimeri butadienici sono contenuti nella formulazione di detto primo strato 3 di materiale isolante in rapporti ponderali compresi tra 5-15% del peso totale della miscela. Butadiene copolymers are selected from copolymer families in which butadiene is contained between 10 and 80%. Said butadiene copolymers are contained in the formulation of said first layer 3 of insulating material in weight ratios ranging from 5-15% of the total weight of the mixture.
La formulazione del materiale costitutivo del primo strato 3 isolante comprende inoltre, preferibilmente, Ftalati, Adipati, Sebacati contenuti puri o in miscela tra loro e presenti nella formulazione del materiale costitutivo di detto primo strato 3 in rapporti ponderali compresi tra 0,5-2% in peso della miscela. The formulation of the constituent material of the first insulating layer 3 also preferably comprises Phthalates, Adipates, Sebacates contained pure or mixed together and present in the formulation of the constituent material of said first layer 3 in weight ratios ranging from 0.5-2% by weight of the mixture.
Saponi scelti nelle famiglie dei metalli comprendenti calcio, zinco, piombo, sodio, alluminio, potassio sono preferibilmente presenti anch'essi in rapporti ponderali compresi tra 0,5 e 2% in peso della miscela. Soaps selected from the families of metals comprising calcium, zinc, lead, sodium, aluminum, potassium are preferably also present in weight ratios comprised between 0.5 and 2% by weight of the mixture.
Il primo strato 3 di materiale isolante è dimensionato in spessore e quantità di materiali tali da costituire dal 10 al 90% della sezione del cavo. The first layer 3 of insulating material is sized in thickness and quantity of materials such as to constitute from 10 to 90% of the cable section.
Il secondo strato 4 di materiale, che è posto a ricoprimento del primo strato 3, include invece polipropilene omopolimero o copolimero con eventuale aggiunta di pigmenti colorati. The second layer 4 of material, which is placed to cover the first layer 3, on the other hand includes polypropylene homopolymer or copolymer with the possible addition of colored pigments.
Associando opportunamente spessori diversi e convenientemente scelti del primo strato 3 e del secondo strato 4 è possibile modulare sia la resistenza al fuoco, sia le caratteristiche meccaniche del cavo 1 in relazione con le necessità dell'uso specifico cui il cavo è destinato. By suitably combining different and suitably selected thicknesses of the first layer 3 and of the second layer 4 it is possible to modulate both the fire resistance and the mechanical characteristics of the cable 1 in relation to the needs of the specific use for which the cable is intended.
In figura 2 è rappresentato un cavo 10 a struttura multipolare che può essere pensato ottenuto mediante associazione di una molteplicità di cavi 1 elementari, ovvero di corde isolate aventi la struttura unipolare di Figura 1, sulle quali siano deposti un primo strato 30 ed un secondo strato 40 rispettivamente costituenti isolamento e guaina comuni, collettivamente avvolgenti, la totalità delle corde isolate in una complessiva struttura multipolare. Figure 2 shows a cable 10 with a multipolar structure which can be thought to be obtained by associating a multiplicity of elementary cables 1, or rather of insulated cords having the unipolar structure of Figure 1, on which a first layer 30 and a second layer are laid. 40 respectively constituting common insulation and sheath, collectively enveloping, the totality of the insulated cords in an overall multipolar structure.
Quanto al processo di produzione dei cavi 1, 10 siffatti, è possibile adattare, con minime implementazioni impiantistiche, una convenzionale linea per produzione di cavi in PVC per produrre la tipologia di cavi 1 o 10 secondo il trovato presentante, come detto due strati 3 e 4, 30 e 40 di materiali distinti posti a ricoprimento di uno o più conduttori 2 centrali e pensati essenzialmente: i primi per contenere i costi, i secondi per conferire al cavo I o 10 le necessarie caratteristiche meccaniche. As for the production process of cables 1, 10 of this type, it is possible to adapt, with minimal plant implementations, a conventional line for the production of PVC cables to produce the type of cables 1 or 10 according to the invention which, as said, presents two layers 3 and 4, 30 and 40 of distinct materials placed to cover one or more central conductors 2 and essentially conceived: the first to contain costs, the second to give the cable I or 10 the necessary mechanical characteristics.
La preparazione della miscela delle materie prime costituenti il primo 3, 30 strato può essere ottenuta mediante mescolatori convenzionali (Es. Banbury o Continuous mixer oppure in linee continue, quali estrusori bivite o monovite ovvero di tipo Ko-kneader (Buss). The preparation of the mixture of the raw materials constituting the first 3, 30 layer can be obtained using conventional mixers (eg Banbury or Continuous mixer or in continuous lines, such as twin or single screw extruders or of the Ko-kneader (Buss) type.
Quale che sia la soluzione impiantistica adottata, il materiale per la produzione del primo 3 o 30 strato viene confezionato preferibilmente in pellets ed è destinato ed essere poi estruso sul conduttore 2 del cavo 1 o 10 onde impartire al cavo 1, 10 le caratteristriche di resistenza al fuoco e non tossicità. Infatti, una peculiarità della formulazione del materiale costitutivo del primo strato 3,30 isolante è quella di sviluppare solamente acqua durante la combustione con conseguente emissione di fumi chiari ed in bassa quantità. Whatever the system solution adopted, the material for the production of the first 3 or 30 layer is preferably packaged in pellets and is intended and then extruded on the conductor 2 of the cable 1 or 10 in order to impart the characteristics of resistance to the cable 1, 10. to fire and non-toxicity. In fact, a peculiarity of the formulation of the constituent material of the first insulating layer 3,30 is that of developing only water during combustion with consequent emission of clear and low quantity fumes.
II materiale costitutivo del secondo strato 4 o 40, ovvero della guaina più esterna del cavo 1 o 10, anch'esso estrudibile sullo strato 3, 30 isolante, può essere acquisito facilmente in commercio in quanto prodotto in larga scala dalle principali Società petrolchimiche mondiali. The constituent material of the second layer 4 or 40, or the outermost sheath of the cable 1 or 10, also extrudable on the insulating layer 3, 30, can be easily acquired on the market as it is produced on a large scale by the main world petrochemical companies.
E' chiaro che la estrusione del primo 3 o 30 e del secondo strato 4 o 40 sul cavo 1 o 10 conduttore può avvenire contemporaneamente secondo un processo di cosidetta co-estrusione, oppure sequenzialmente con un processo cosiddetto "Tandem". It is clear that the extrusion of the first 3 or 30 and of the second layer 4 or 40 on the conductor cable 1 or 10 can take place simultaneously according to a so-called co-extrusion process, or sequentially with a so-called "Tandem" process.
In definitiva, il trovato raggiunge pienamente gli scopi alla base della presente invenzione e si qualifica in particolare per rendere disponibili cavi 1, 10 che si qualificano per presentare una resistenza meccanica ed una flessibilità comparabili con quelle proprie del PVC; per presentare un'ottima resistenza alla fiamma ed una bassissima propagazione della fiamma in caso di incendio; inoltre i fumi prodotti dalla combustione del cavo sono chiari, non tossici, e sono emessi in quantità molto bassa. Ultimately, the invention fully achieves the purposes underlying the present invention and is qualified in particular for making available cables 1, 10 which are qualified to have a mechanical strength and flexibility comparable to those of PVC; to have excellent flame resistance and very low flame propagation in case of fire; furthermore, the fumes produced by the combustion of the cable are clear, non-toxic, and are emitted in very low quantities.
11 costo dei materiali è comparabile a quello del PVC. Altrettanto comparabile al costo del PVC è il costo dell'estrusione. Infine, gli impianti di produzione di detti cavi possono essere vantaggiosamente gli stessi che sono attualmente previsti per la tecnologia di produzione del PVC. The cost of materials is comparable to that of PVC. Equally comparable to the cost of PVC is the cost of extrusion. Finally, the production plants for said cables can advantageously be the same as those currently provided for the PVC production technology.
Il trovato così concepito è suscettibile di evidente applicazione industriale; può essere altresì oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti The invention thus conceived is susceptible of evident industrial application; it can also be subject to numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; all the details can also be replaced by technically equivalent elements
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-
2010
- 2010-04-26 IT IT000021A patent/ITRN20100021A1/en unknown
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