WO2009146858A1 - Aderkonstruktion für kabel mit im brandfall geltendem isolations-/funktionserhalt - Google Patents

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Benjamin Kluge-Engel
Michael Ingenhaag
Walter Sonnenschein
Michael Kittler
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Facab Lynen Gmbh & Co. Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—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 invention relates to a wire for use in electrical cables with a fire-resistant insulation of its inner conductor.
  • Such a wire is described in terms of the technical background and in terms of the design of correspondingly fire-resistant and therefore the isolation and functional integrity of the wire or a cable constructed thereon in case of fire ensuring compositions for producing the insulation, for example in DE 197 17 645 C2.
  • a layer produced from the correspondingly fire-resistant, adjusted composition is usually applied to the conductor, whereupon a further jacket of the conductor consisting of further insulation layers and / or layers of a suitably suitable jacket material is constructed.
  • the individual strands are usually grouped into multi-stranded or multi-stranded stranded souls, which are used for Manufacture of electrical cables with improved behavior in case of fire in terms of their isolation and functional integrity can be used.
  • an optical cable with an optical waveguide is known in the cable sheath, an inner protective layer of a heat-resistant material such as glass and / or ceramic and / or mica is arranged such that it is a tubular structure for a flame forms the protection of the optical waveguide, wherein a second outer cladding layer consists of a fire-retardant material, in particular a FRNC material.
  • a jacket construction can not be sufficient for a high load in case of fire.
  • the invention has for its object to improve the insulation and functional integrity in case of fire in a vein mentioned above.
  • the invention provides a construction of the core construction with a first inner layer enclosing the conductor, consisting of a first composition and a second layer surrounding the first layer, consisting of a second composition, wherein the formation of a ceramic in the second outer layer forming the second composition in a lower temperature range than in the inner first layer-forming composition.
  • the invention has the advantage that when the onset of temperature in the event of fire, the ceramization of the second outer layer already begins in a lower temperature range and takes place, the conductor is not in contact with this when reaching the upper temperature limit for the ceramization of the outer second layer Layer stands, but by contrast, through the inner first, a composition with a higher Keramleiterstemperatur Suiteende and the conductor immediately enclosing first layer is isolated.
  • Ceramizing fillers are preferably used as ceramic-forming additives, as are described by way of example in DE 197 17 645 C2 cited as the closest prior art, either in pure form of the corresponding substances or in the form of mixtures of these substances, for example can set different ceramization temperatures of the ceramic-forming additives by the use of suitable mixtures.
  • the ceramizing fillers also include their precursor compounds, that is to say substances which, for example, undergo the action of heat in the corresponding ceramizing fillers. By their use, different ceramification temperatures can be set for the ceramic-forming additives to be introduced in the two layers of the cable insulation.
  • the invention also encompasses the inclusion of the formation of glassy coatings on the ceramic surfaces which form on exposure to temperature by addition of suitable glass formers, as likewise described in DE 197 17 645 C2. As a result of this, in the end, those temperatures can be set at different levels at which the formation of the protective jacket takes place within the two layers of the core insulation in the case of a fire.
  • the invention can be realized with filled silicone compounds and EPR-based compounds with glass formers.
  • the invention is thus to be realized with all known to one of ordinary skill and suitable for the respective requirements and to be selected in detail compositions, so that it does not depend on the specific structure of the compositions for the formation of the two layers in the individual case.
  • the skilled person can resort to all known basic materials for the construction of the insulation, as long as he notes that in the two different layers forming compositions are each contained in different temperature ranges ceramizing additives.
  • the ceramic formation in the outer second layer takes place in a temperature range between 200 ° Celsius and 600 ° Celsius and the ceramic formation in the inner layer in a temperature range above 600 ° Celsius.
  • temperature ranges are intended to be understood only as examples.
  • other temperature ranges for the ceramization of ceramic-forming additives can be selected in individual cases, for example, a ceramization temperature of 700 ° C in the outer second layer and a ceramization temperature of 900 ° C in the inner first layer.
  • the person skilled in the art has different basic components, generally based on crosslinkable polymers, and different ceramizing additives and mixtures thereof, as described. It may further be provided that at least one further layer of an insulating material and / or a jacket material is applied to the fire-resistant insulation.
  • the inner conductor may be formed as a bare or metallumhüllter copper conductor, also as einrähtiger, Hodrähtiger or finely stranded copper conductor.
  • an inner conductor 10 is enclosed by a first inner layer 1 1, wherein the inner first layer 1 1 is surrounded by a second, outer layer 12.
  • the two layers 1 1 and 12 each consist of different compositions based on crosslinkable polymers which, due to their ceramic-forming additives such as fillers and / or glass formers, have different temperature ranges of conversion from the elastomeric region to the ceramic region.
  • ceramic-forming additives such as fillers and / or glass formers
  • compositions can each be designed so that the insulation in the transition region support each other electrically and mechanically.
  • the temperature at which the ceramization of the fillers used in the outer second layer 12 begins in one embodiment of the invention at about 200 ° C, while the ceramization temperature of the corresponding used different mineral fillers of the inner first layer 1 1 above 600 ° Celsius is.
  • further layers of insulating material or cladding material may be applied to complete the vein construction.

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Abstract

Ader zur Verwendung in elektrischen Kabeln mit einer einen Leiter (10) umschließenden feuerwiderstandsfähigen Isolierung auf der Basis von vernetzbaren Polymeren mit keramikbildenden Zusätzen, bei welchem die Isolierung eine erste Schicht (11) bestehend aus einer ersten Zusammensetzung und eine die erste Schicht (11) außen umschließende zweite Schicht (12) bestehend aus einer zweiten Zusammensetzung aufweist, wobei die erste und die zweite Zusammensetzung derart eingestellt sind, dass sich die Bildung einer Keramik in der die zweite äußere Schicht (12) bildenden Zusammensetzung in einem niedrigeren Temperaturbereich vollzieht als in der die innere erste Schicht (11) bildenden Zusammensetzung.

Description

Aderkonstruktion für Kabel mit im Brandfall geltendem Isolations-/Funktionserhalt
B e s c h r e i b u n
Die Erfindung betrifft eine Ader zur Verwendung in elektrischen Kabeln mit einer feuerwiderstandsfähigen Isolierung seines inneren Leiters.
Eine derartige Ader ist hinsichtlich des technischen Hintergrundes sowie hinsichtlich der Ausgestaltung von entsprechend feuerwiderstandsfähigen und daher den Isolations- und Funktionserhalt der Ader bzw. eines darauf aufgebauten Kabels im Brandfall sicherstellenden Zusammensetzungen zur Herstellung der Isolierung beispielsweise in der DE 197 17 645 C2 beschrieben. Bei derartigen für elektrische Kabel eingesetzten bekannten Adern wird üblicherweise auf den Leiter eine aus der entsprechend feuerwiderstandsfähigen eingestellten Zusammensetzung hergestellte Schicht aufgebracht, worauf dann eine weitere Ummantelung der Ader bestehend aus weiteren Isolationsschichten und/oder Schichten aus einem entsprechend geeigneten Mantelmaterial aufgebaut ist. Die einzelnen Adern werden üblicherweise zu mehr- oder vieladrigen Verseilseelen gruppiert, die zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit einem verbesserten Verhalten im Brandfall hinsichtlich ihres Isolations- und Funktionserhalts verwendbar sind.
Weiterhin ist aus der DE 197 17 392 Al ein optisches Kabel mit einem Lichtwellenleiter bekannt, in dessen Kabelmantel eine innere Schutzschicht aus einem hitzebeständigen Material wie Glas und/oder Keramik und/oder Glimmer derart angeordnet ist, dass sie nach einer Beflammung ein röhrenförmiges Gebilde für den Schutz des Lichtwellenleiters bildet, wobei eine zweite äußere Mantelschicht aus einem feuerhemmenden Material, insbesondere einem FRNC-Material, besteht. Ein derartiger Mantelaufbau kann für eine hohe Beanspruchung im Brandfall nicht ausreichend sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs genannten Ader den Isolations- und Funktionserhalt im Brandfall zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht hierzu einen Aufbau der Aderkonstruktion vor mit einer ersten, den Leiter umschließenden inneren Schicht bestehend aus einer ersten Zusammensetzung und einer die erste Schicht außen umschließenden zweiten Schicht bestehend aus einer zweiten Zusammensetzung, wobei sich die Bildung einer Keramik in der die zweite äußere Schicht bildenden zweiten Zusammensetzung in einem niedrigeren Temperaturbereich vollzieht als in der die innere erste Schicht bildenden Zusammensetzung.
Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass bei beginnender Temperatureinwirkung im Brandfall die Keramisierung der zweiten äußeren Schicht bereits in einem niedrigeren Temperaturbereich einsetzt und sich vollzieht, wobei der Leiter bei Erreichen der oberen Temperaturgrenze für die Keramisierung der äußeren zweiten Schicht nicht in Berührung mit dieser Schicht steht, sondern dagegen durch die innere erste, eine Zusammensetzung mit einem höheren Keramisierungstemperaturbereich aufweisende und den Leiter unmittelbar umschließende erste Schicht isoliert ist. Wirkt bei durch eine fortdauernde Brandeinwirkung gegebenem weiteren Temperaturanstieg eine zunehmende Temperatur auf die erfindungsgemäße Aderkonstruktion ein, so kommt es im Anschluss an die Keramisierung der äußeren zweiten Schicht im weiteren Verlauf zu einer entsprechenden Keramisierung in der ersten inneren Schicht in dem für deren Zusammensetzung geltenden höheren Temperaturbereich, so dass dadurch nicht nur ein verbesserter absoluter Schutz des Leiters gegen die einwirkende Temperatur gegeben ist, sondern insbesondere auch die Zeitdauer des gesamten Keramisierungsprozesses über beide Schichten und damit des Schutzes des Leiters gegen Temperatureinwirkung verlängert ist.
Vorzugsweise kommen als keramikbildende Zusätze keramisierende Füllstoffe zum Einsatz, wie diese beispielhaft in der als nächstliegender Stand der Technik zitierten DE 197 17 645 C2 beschrieben sind, und zwar entweder in Reinform der entsprechend genannten Substanzen oder auch in Form von Mischungen dieser Substanzen, wobei sich beispielsweise durch den Einsatz von geeigneten Mischungen unterschiedliche Keramisierungstemperaturen der keramikbildenden Zusätze einstellen lassen. Ferner zählen zu den keramisierenden Füllstoffen auch deren Vorläuferverbindungen, dass heißt Substanzen, die beispielsweise unter Hitzeeinwirkung in die entsprechenden keramisierenden Füllstoffe übergehen. Auch durch deren Einsatz lassen sich unterschiedliche Keramisierungstemperaturen für die in den beiden Schichten der Kabelisolierung einzubringenden keramikbildende Zusätze einstellen.
Dabei umfasst die Erfindung auch die Einbeziehung der Bildung von glasigen Überzügen auf den sich bei Temperatureinwirkung bildenden keramischen Oberflächen durch Zugabe von geeigneten Glasbildnern, wie dies ebenfalls in der DE 197 17 645 C2 beschrieben ist. Auch hierdurch können letztlich diejenigen Temperaturen in unterschiedlicher Höhe eingestellt werden, bei denen sich innerhalb der beiden Schichten der Aderisolierung im Falle einer Feuereinwirkung die Bildung des Schutzmantels vollzieht. Beispielsweise ist die Erfindung mit gefüllten Silikoncompounds und EPR- basierten Compounds mit Glasbildnern zu realisieren.
Insgesamt ist die Erfindung somit mit allen, dem Durchschnittsfachmann bekannten und für die jeweiligen Anforderungen geeigneten und im einzelnen auszuwählenden Zusammensetzungen zu realisieren, so dass es auf den konkreten Aufbau der Zusammensetzungen für die Ausbildung der beiden Schichten im Einzelfall nicht ankommt. Der Fachmann kann dazu auf alle bekannten Grundmaterialien für den Aufbau der Isolierung zurückgreifen, solange er beachtet, dass in den die beiden unterschiedlichen Schichten ausbildenden Zusammensetzungen jeweils in unterschiedlichen Temperaturbereichen keramisierende Zusätze enthalten sind.
Im einzelnen ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass sich die Keramikbildung in der äußeren zweiten Schicht in einem Temperaturbereich zwischen 200° Celsius und 600° Celsius und die Keramikbildung in der inneren Schicht in einem Temperaturbereich oberhalb von 600° Celsius vollziehen.
Die vorstehenden Temperaturbereiche sollen dabei nur beispielhaft verstanden sein. In Abhängigkeit von den technischen Anforderungen an den Feuerwiderstand von Kabelisolierungen beziehungsweise Aderisolierungen können im Einzelfall auch andere Temperaturbereiche für die Keramisierung der keramikbildenden Zusätze ausgewählt werden, beispielsweise eine Keramisierungstemperatur von 700° Celsius in der äußeren zweiten Schicht und eine Keramisierungstemperatur von 900° Celsius in der inneren ersten Schicht. Für die Einstellung der Temperaturbereiche im einzelnen stehen dem Fachmann dabei unterschiedliche Grundbestandteile, in der Regel auf der Basis von vernetzbaren Polymeren, und unterschiedliche keramisierende Zusätze und deren Mischungen, wie beschrieben, zur Verfügung. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf die feuerwiderstandsfähige Isolierung wenigstens eine weitere Schicht eines Isoliermaterials und/oder eines Mantelmaterials aufgebracht ist.
In einer an sich bekannten Weise kann der innere Leiter als blanker oder metallumhüllter Kupferleiter ausgebildet sein, ferner als eindrähtiger, mehrdrähtiger oder feindrähtiger Kupferleiter.
Wie sich aus der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Aderkonstruktion in der Zeichnung ergibt, wird ein innerer Leiter 10 von einer ersten inneren Schicht 1 1 umschlossen, wobei die innere erste Schicht 1 1 von einer zweiten, äußeren Schicht 12 umschlossen ist. Die beiden Schichten 1 1 und 12 bestehen jeweils aus unterschiedlichen Zusammensetzungen auf der Basis von vernetzbaren Polymeren, die aufgrund ihrer keramikbildenden Zusätze wie Füllstoffe und/oder Glasbildner unterschiedliche Temperaturbereiche der Umwandlung vom elastomeren Bereich hin zum keramischen Bereich aufweisen. Insbesondere durch die Zugabe von unterschiedliche Zersetzungs- bzw. Schmelzpunkte aufweisenden keramisierenden mineralischen Füllstoffen und/oder Glasbildern ist es möglich, die für die Realisierung der Erfindung erforderlichen unterschiedlichen Reaktionstemperaturen in den beiden für die Ausbildung der beiden Schichten 1 1 und 12 jeweils zusammengestellten Zusammensetzungen einzustellen. Dabei können die Zusammensetzungen jeweils so ausgelegt werden, dass sich die Isolationen im Übergangsbereich gegenseitig elektrisch und mechanisch unterstützen. So liegt die Temperatur, bei der die Keramisierung der eingesetzten Füllstoffe in der äußeren zweiten Schicht 12 beginnt, in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei circa 200° Celsius, während die Keramisierungstemperatur der entsprechend eingesetzten andersartigen mineralischer Füllstoffe der inneren ersten Schicht 1 1 oberhalb von 600° Celsius liegt. Über diesen zwei Schichten 1 1 und 12 können weitere Schichten an Isolationsmaterial oder Mantelmaterial aufgebracht sein, um die Aderkonstruktion zu vervollständigen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

P at e n t an s p rü c he
1. Ader zur Verwendung in elektrischen Kabeln mit einer einen Leiter (10) umschließenden feuerwiderstandsfähigen Isolierung auf der Basis von vernetzbaren Polymeren mit keramikbildenden Zusätzen, bei welchem die Isolierung eine erste Schicht (11) bestehend aus einer ersten Zusammensetzung und eine die erste Schicht (11) außen umschließende zweite Schicht (12) bestehend aus einer zweiten Zusammensetzung aufweist, wobei die erste und die zweite Zusammensetzung derart eingestellt sind, dass sich die Bildung einer Keramik in der die zweite äußere Schicht (12) bildenden Zusammensetzung in einem niedrigeren Temperaturbereich vollzieht als in der die innere erste Schicht (11) bildenden Zusammensetzung.
2. Ader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bildung einer Keramik in der äußeren zweiten Schicht (12) in einem Temperaturbereich zwischen 200° Celsius und 600° Celsius und die Bildung einer Keramik in der inneren Schicht (11) in einem Temperaturbereich oberhalb von 600° Celsius vollziehen.
3. Ader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die aus den beiden Schichten ( 1 1 , 12) bestehende feuerwiderstandsfähigen Isolierung wenigstens eine weitere Schicht eines Isoliermaterials und/oder eines Mantelmaterials aufgebracht ist.
4. Ader nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (10) aus Kupfer besteht.
5. Ader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (10) als blanker Kupferleiter ausgebildet ist.
6. Ader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (10) als metallumhüllter Kupferleiter ausgebildet ist.
7. Ader nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferleiter ( 10) eindrähtig ausgebildet ist.
8. Ader nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferleiter ( 10) mehrdrähtig ausgebildet ist.
9. Ader nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferleiter ( 10) feindrähtig ausgebildet ist.
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