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Dokumentenidentifikation DE2948425C2 16.07.1987
Titel Mehradriges elektrisches Energieübertragungskabel
Anmelder Kabelmetal Electro GmbH, 3000 Hannover, DE
Erfinder Hanisch, Ferdinand, Dr.rer.nat., 3006 Burgwedel, DE;
Winter, Richard, 3057 Neustadt, DE
Vertreter Döring, R., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 3000 Hannover
DE-Anmeldedatum 01.12.1979
DE-Aktenzeichen 2948425
Offenlegungstag 04.06.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.07.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.07.1987
IPC-Hauptklasse H01B 13/32

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem mehradrigen elektrischen Energieübertragungskabel, insbesondere mit einem Anschlußverteilerkabel, mit einem alle kunststoffisolierten Adern gemeinsam umschließenden und Zwickelräume zwischen den Adern ausfüllenden sogenannten Innenmantel aus einer extrudierbaren Füllmischung.

Zum Runden der aus mehreren Adern bestehenden Seele elektrischer Energieübertragungskabel, insbesondere für 1kV-Kabel, dienen hochgefüllte Mischungen, die extrudierbar sind und nach der Verseilung der einzelnen Adern auf diesem Verseilband aufgebracht werden. Diese Mischungen füllen einmal die Zwickelräume zwischen den Adern des Verseilverbandes aus und bilden zum anderen gleichzeitig eine gemeinsame Umhüllung der verseilten Einzeladern. Über der so vorbereiteten Seele wird dann im allgemeinen eine Bandbewicklung, beispielsweise aus Folien, aufgebracht, bevor dann der Außenmantel als äußerer mechanischer Schutz die Seele umschließt. An diese Mischungen bzw. den Innenmantel sind besondere Forderungen deshalb zu stellen, weil zum Zwecke der Montage der einzelnen Adern, etwa bei der Herstellung von Anschluß- oder Verbindungsstellen, eine Verklebung des Mantels mit der Aderisolierung vermieden werden muß, um die Montage nicht unnötig zu erschweren und zum anderen nur solche Mischungen zum Einsatz gebracht werden können, die mit Sicherheit eine nachteilige Beeinflussung der Aderisolierung ausschließen. So können nämlich, da wegen geringerer Klebewirkung die bisher üblichen Mischungen bei möglichst tiefen Temperaturen aufgebracht werden müssen, was mit einem erheblichen Anteil an Weichmachern verbunden ist, diese Weichmacher leicht zu einer nachteiligen Beeinflussung der Isolierung und außerdem zu einer verringerten Festigkeit der Füllmischung selbst führen.

Schwierigkeiten ergeben sich ferner bei den heute üblichen Füllmischungen zur Herstellung von Innenmänteln dadurch, daß mit zunehmender Ausnutzung der Stromübertragungsfähigkeit elektrischer Kabel diese im Betrieb leicht eine Temperaturerhöhung erfahren, die bei bis dahin noch unverklebter Füllmischung eine Verklebung des Innenmantels mit den darunter befindlichen Aderisolierungen zur Folge hat. Dieser Effekt wird noch vergrößert durch die oberhalb des Innenmantels vorhandene Folienbewicklung, die bei Erwärmung des Leiters und damit auch der Isolierungen und des Innenmantels zu einer erhöhten Flächenpressung zwischen Innenmantel und Aderisolierung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Innenmantel bzw. eine Mischung hierfür zu schaffen, die weder bei der Herstellung des Kabels noch beim anschließenden Betrieb oder gar bei kurzzeitig auftretenden Kurzschlußtemperaturen zu einem Verkleben mit der Aderisolierung führt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Basismaterialien der Füllmischung Copolymere von α-Olefinen oder Verschnitte von Copolymeren von α-Olefinen mit anderen Polymeren sind.

Diese Basismaterialien werden durch Copolymerisation von Äthylen, Propylen und Butylen -(1) hergestellt. Je nach Zusammensetzung entstehen stark Propylen-haltige oder Butylen-haltige Copolymere, die im folgenden vereinfachend als ataktisches Polypropylen oder ataktisches Polybuten bzw. als ataktische Polyolefine bezeichnet werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß solche Materialien aufgrund der ungeordneten Struktur der seitenständigen Gruppen der Kohlenstoffkette zu einer niederen Kristallinität und damit niederem Erweichungspunkt führen, so daß ohne besonderen Einsatz von weichmachenden Zusätzen mit verhältnismäßig geringen Extrusionstemperaturen von beispielsweise 80 bis 120° gefahren werden kann. Auf der anderen Seite besitzen solche Basismaterialien keine oder nur wenig reaktive Zentren als chemische Bindungsmöglichkeit zur Ausbildung von Verklebungen mit den Isolierungen der Adern.

Besondere Bedeutung hat die Erfindung, wenn die Aderisolierung mittels Peroxiden und anschließender Temperaturbehandlung vernetzt worden ist. Die dann auftretenden Vernetzungstemperaturen von 180° und darüber führen auch bei Ausbildung der typischen Oberflächenstruktur anläßlich der kontinuierlichen Dampfvernetzung (CV-Technik) nicht zu einem späteren Verkleben von Innenmantel und Aderisolierung. Das gleiche gilt selbstverständlich auch dann, wenn anstelle der peroxidischen Vernetzung eine Vernetzung dadurch erreicht wurde, daß solche Materialien verwendet sind, bei denen auf die Basismoleküle Silan oder Silanverbindungen aufgepfropft sind, so daß diese anschließend durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzt werden können.

Verarbeitungstemperaturen für die Innenmantelmischung von z. B. 80 bis 90°C lassen sich in Weiterführung der Erfindung beispielsweise dadurch erreichen, daß für die Innenmantelmischung weitgehend unpolare und nicht oder kaum kristalline Basispolymere, wie z. B. ataktisches Polypropylen oder ataktisches Polybuten, verwendet werden.

Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, Verschnitte aus den genannten Polymeren zu verwenden, wobei die Mengenanteile je nach den gestellten Anforderungen unterschiedlich sein können. Aber auch Verschnitte eines dieser Polymere oder beider Polymere mit anderen Polymeren können in Durchführung des Erfindungsgedankens vorteilhafte Anwendungen bringen. Wenn beispielsweise ein Verschnitt mit einem chlorierten HD-Polyäthylen verwendet wird, dann lassen sich z. B. die Reißfestigkeit und das Brennverhalten verbessern.

Die ataktischen α-Polyolefine können selbstverständlich mit Füllstoffen in üblicher Weise und Menge gefüllt und mit einem Alterungsschutzmittel versehen sein. Wesentlich ist in jedem Fall, daß zwischen der Oberfläche der Ader und der Oberfläche der Füllmischung eine auch bei Temperaturerhöhung nur äußerst geringe Adhäsionsneigung besteht. Hinzu kommt aber als weiterer wesentlicher Vorteil, daß außer den genannten Zusätzen, den Füllstoffen und Alterungsschutzmitteln, die sonst üblichen Verarbeitungshilfsmittel, wie Gleitmittel, Dispersions-Hilfsstoffe oder auch Weichmacher, völlig fehlen oder nur in vergleichsweise sehr geringen Mengen in der Mischung enthalten sind, so daß eine nachteilige Beeinflussung der Aderisolierung mit Sicherheit unterbunden ist. Eine Desaktivierung der Aderoberfläche durch den Innenmantel ist ausgeschlossen, da die auf der Aderisolierung durch die spezielle Behandlung geschaffenen aktiven Zentren nicht durch aus der Füllmischung beispielsweise im Betrieb ausdiffundierende Stoffe adsorptiv belegt werden können.

Insbesondere mit Rücksicht auf flammengeschützte Kabel hat es sich in Weiterführung des Erfindungsgedankens oft als zweckmäßig erwiesen, als Verschnittkomponente für das ataktische Polyolefin ein chloriertes, amorphes Polyäthylen einzusetzen. Dieses Polymer ist zwar an sich polar, dennoch kommt es zu keiner nachteiligen Beeinflussung der Isolieroberfläche, da die Chloratome der Polymerkette wenig reaktiv sind und dadurch aktive Zentren, z. B. von vernetztem Polyäthylen, nicht zu blockieren vermögen. Der besondere Vorteil einer solchen Mischung ist zusätzlich noch der, daß sie höhere mechanische Festigkeiten aufweist, so daß die Ablösung der Füllmischung bzw. des Innenmantels bei der Montage von den verseilten Adern erleichtert wird.

Wie bereits ausgeführt, sind die nach der Erfindung vorgesehenen Füllmischungen auch für solche Isolierungen geeignet, die vernetzt sind. In gleicher Weise sind sie aber auch für mit Polyvinylchlorid isolierte Adern anwendbar, da durch die in der PVC-Isolierung befindlichen Weichmacher keine Nachteile für die Füllmischung zu erwarten sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung seien anhand der nachstehenden Mischungen und des in der Figur dargestellten Kabels näher erläutert.

Beispiel I

Hier ist eine Mischung auf der Basis ataktisches Polyolefin mit Zusätzen von Styrol-Butadien-Kautschuk, Kreide und Verarbeitungshilfen in der typischen Zusammensetzung wiedergegeben.

Ataktisches Polyolefin 100 Teile

Styrol-Butadien-Kautschuk 0-50 Teile

Kreide 200-600 Teile

Verarbeitungshilfen 20-60 Teile

Alterungsschutzmittel 0-2 Teile



Unter Verarbeitungshilfen sind hierbei zu verstehen Gleitmittel und Dispergatoren, Alterungsschutzmittel sind z. B. Chinolinderivate und Mercaptobenzimidazole.

Diese Mischungen können auch leitfähig gemacht werden, indem etwa zusätzlich Ruß, beispielsweise Acetylen-Ruß, oder Graphit beigegeben wird. Solche Mischungen sind etwa geeignet für die Halterung des konzentrischen Schutz- oder Nulleiters für sog. Ceander-Kabel, bei denen oberhalb des Innenmantels eine konzentrische Drahtlage aus Einzeldrähten mit reversierendem Schlag aufgebracht ist. Um das Brandverhalten dieser Mischung in leitfähiger oder nichtleitfähiger Form zu verbessern, können als sogenannte Flammschutzmittel auch noch Chlorparaffine, Antimontrioxid und/oder Aluminiumoxidhydrate verwendet werden.

Beispiel II

Eine Innenmantelmischung kann aber auch auf Basis ataktisches Polyolefin mit Zusätzen von Butylkautschuk und Füllstoffen hergestellt sein. Eine solche Zusammensetzung ist die folgende.

Ataktisches Polyolefin 100 Teile

Butylkautschuk 10 Teile

Füllstoff 200 Teile

Alterungsschutzmittel 2 Teile

Reißfestigkeit 1,5 N/mm²

Reißdehnung 100%

Sauerstoffindex 25%

Beispiel III

Durch Zusatz von Tonerdehydrat kann die Flammwidrigkeit erhöht werden. Man erhält halogenfreie Mischungen mit hohem Sauerstoffindex.

Ataktisches Polyolefin 100 Teile

Kreide 300 Teile

Tonerdehydrat 300 Teile

Weichmacher 10 Teile

Alterungsschutzmittel 3 Teile

Reißfestigkeit 1,5 N/mm²

Dehnung 30%

Sauerstoffindex 55%

Beispiel IV

Durch den Zusatz von Ruß erhält man leitfähige Mischungen

Ataktisches Polyolefin 100 Teile

Ruß (Ketjenblack EC

BET-Oberfläche > 900 m²/g) 15 Teile

Kreide 200 Teile

Alterungsschutzmittel 3 Teile

Reißfestigkeit 2 N/mm²

Reißdehnung 100%

spez. Widerstand bei

20°C 36 Ω · cm

90°C 38 Ω · cm



Ein mit einer Füllmischung nach einem der Mischungsbeispiele I bis IV ausgestaltetes elektrisches Energiekabel besteht, wie aus der Figur ersichtlich, beispielsweise aus den drei Leitern 1, die mit der Isolierung 2 umgeben sind. Mit 3 ist die gemäß der Erfindung ausgebildete gemeinsame Aderumhüllung (Innenmantel) bezeichnet, sie wird überdeckt von der Bewicklung 4 in Form einer geeigneten Folie, z. B. eine Polyester- Folie. Darüber ist der mechanisch widerstandsfähige Außenmantel 5, z. B. aus Polyvinylchlorid, aufgebracht.


Anspruch[de]
  1. 1. Mehradriges elektrisches Energieübertragungskabel, insbesondere Anschlußverteilerkabel, mit einem alle kunststoffisolierten Adern gemeinsam umschließenden und Zwickelräume zwischen den Adern ausfüllenden sogenannten Innenmantel aus einer extrudierbaren Füllmischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Basismaterialien der Füllmischung Copolymere von α-Olefinen (ataktische Polyolefine) oder Verschnitte von Copolymeren von α-Olefinen mit anderen Polymeren sind.
  2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschnittkomponente ein Styrol-Butadien-Kautschuk dient.
  3. 3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschnittkomponente ein chloriertes Polyäthylen insbesondere hoher Dichte dient.
  4. 4. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschnittkomponente ein Butylkautschuk dient.
  5. 5. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer leitfähigen Füllmischung, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähige Komponente ein Ruß mit einer Oberflächengröße nach BET von mindestens 900 m²/g dient.






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