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Dokumentenidentifikation DE69011695T2 16.03.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0378259
Titel Hochspannungsverbindungsdraht.
Anmelder N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, NL
Erfinder Van Buggenum, Peter Hubertus, NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Peters, C., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 20097 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69011695
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 04.01.1990
EP-Aktenzeichen 902000173
EP-Offenlegungsdatum 18.07.1990
EP date of grant 24.08.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.03.1995
IPC-Hauptklasse H01B 7/34

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochspannungsverbindungskabel für die Verwendung in Display-Vorrichtungen wie vor allem Fernsehempfängern und Computermonitoren.

Die bekannten Hochspannungsverbindungskabel umfassen einen den Zentralleiter umgebenden Isoliermantel, wobei dieser Isoliermantel aus Polyäthylen gefertigt ist, das, falls wünschenswert, durch Hinzufügung von Additiven wie einer Brominverbindung, querverkettetem Polyäthylen, Polyvinylchlorid, bestrahltem Polyvinylchlorid, Tetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid, einem Copolymer von Äthylen und Tetrafluoräthylen oder Silikonkautschuk flammlöschend gemacht ist.

Sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Eigenschaften des obengenannten spezialen Hochspannungsverbindungskabels müssen hohen Anforderungen genügen, beispielsweise flammlöschender Charakter, Temperaturbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Flexibilität, zulässige Spannung und Veränderung der zulässigen Spannung als eine Funktion der im Kabel auftretenden oder entstandenen Belastung. Da die Kabel, wie oben erwähnt, in Displayvorrichtungen eingesetzt werden, die in großer Zahl in Innenräumen verwendet werden, wird die Qualtität der Verbindungskabel von internationalen Forschungsinstituten sowohl bei der Einführung eines neuen Kabeltyps als auch während der darauffolgenden Verwendungszeit streng kontrolliert. Es sollte nicht vergessen werden, daß die Verbindungskabel in jenen Displayvorrichtungen die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungseinheit und der in den Displayvorrichtung befindlichen Bildröhre herstellen. Die Temperatur in dieser Art von Geräten unterliegt beträchtlichen Schwankungen; außerdem müssen die Kabel an einer Vielzahl von Komponenten vorbeigelegt werden, so daß sich scharfe Biegungen ergeben, die zu mechanischer Belastung im Verbindungskabel führt.

Die bislang verwendeten fluorinhaltigen Isoliermaterialien haben den Vorteil einer vorteilhaften Temperaturbeständigkeit, sind jedoch sehr teuer. Dasselbe trifft auch auf das gebräuchliche querverkettete Polyäthylen zu, das aufgrund des zusätzlichen und arbeitsintensiven Querverkettungsverfahrens sehr teuer ist. Darüberhinaus ist Polyäthylen keinesfalls flammlöschend oder feuerhemmend. Das Isoliermaterial aus Polyvinylchlorid hat eine geringe Temperaturbeständigkeit.

Die obengenannten Probleme werden mittels des erfindungsgemäßen Verbindungskabels gelöst, dessen Leiter von einem ersten Isoliermantel mit einer Dicke von 0,3 bis 1,5 mm umgeben ist, der ein Copolymer von Propen und wenigstens einem anderen Alken enthält, wobei der erste Isoliermantel von einem nicht querverketteten zweiten Isoliermantel mit einer Dicke von 1,0 bis 3,0 mm umgeben ist und Polyvinylchlorid oder ein Copolymer davon enthält und wobei der zweite Isoliermantel mit flammlöschenden Additiven versehen ist.

Das erfindungsgemäße Hochspannungsverbindungskabel ist von hervorragender Qualität und völlig betriebssicher. Das Verbindungskabel ist besonders beständig gegen Klimaeinflüsse wie Temperatur, Feuchigkeit oder ähnliches. Eine relativ hohe elektrische Spannung ist über eine lange Verwendungsdauer hinweg und bei unterschiedlichen in Folge von Biegung entstehenden mechanischen Belastungen zulässig. Der erste Isoliermantel ist wichtig, um geeignete dielektrische Eigenschaften zu erreichen. Vor allem bietet der erste Isoliermantel einen aureichenden Isolationwiderstand.

In der US-Patenschrift US-4310597 wird ein Niederspannungselektrokabel beschrieben, das aus einem elektrischen Leiter besteht, der nacheinander von einer inneren Lage aus Polyolephin-Isoliermaterial und einer äußeren Lage aus durch Bestrahlung querverkettetem Isoliermaterial umgeben ist, das im wesentlichen aus Polyvinylchlorid, akrylischen Monomeren und Weichmacher besteht, wobei die Dicke der inneren und äußeren Lage zusammen etwa 0,2 mm beträgt. Das beschriebene Kabel ist zum Einsatz in Niederspannungs-Telekommunikationseinrichtungen gedacht, wo eine Vielhahl solcher Kabel miteinander über gewundene Wege in Verbindung stehen und bei regelmäßigen Wartungsarbeiten sehr häufig umgelegt, geknickt und abgerieben werden. Daher ist es wichtig, daß ein solches Kabel eine hohe mechanische Biegsamkeit besitzt, und aus diesem Grunde ist die äußere Isolierlage durch einen Querverkettungsprozeß gehärtet. Der mit einer solchen Querverkettung einhergehende Versteifungseffekt ist zwar nachteilhart, aber die relativ geringe Dicke des äußeren Isoliermantels wirkt einer solchen Versteifung bei einem Niederspannungskabel entgegen. Bei einer Hochspannungsausführung der beschriebenen Kabelstruktur mit wesentlich dickeren Isolierlagen (Gesamtdicke der lagen mimimal 1,3 mm) würde der Versteifungseffekt sehr viel drastischer ausfallen und die beträchtlichen Kosten und der Arbeitsaufwand des Querverkettungsverfahrens wären weitaus höher.

Bei Experimenten, die zur Erfindung geführt haben, hatte sich herausgestellt, daß ein Verbindungskabel mit einem ersten Isoliermantel aus Polypropylen bei gerader Lage des Kabels einen günstigen Isolationswiderstand aufweist. Es wurden Tests vorgenommen, bei denen Verbindungskabel mit verzinnten Kupferleitern mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einem ersten Isoliermantel aus Polypropylen verwendet wurden. Die Lagendicke des ersten Isoliermantel ist veränderlich und beträgt 1,9 mm, 2,1 mm beziehungsweise 2,3 mm. Es hat sich herausgestellt, daß solche Verbindungskabel geeigneterweise mit Spannungsbelastungen von 20 kV, 30 kV beziehungsweise 40 kV bei Temperaturen bis 105º C verwendet werden können. Diese Werte beziehen sich jedoch auf ein gerades Verbindungskabel. Wenn das Verbindungskabel mit einem Krümmungsradius gebogen wird, der etwa das zehnfache des Kabeldurchmessers oder weniger beträgt, verringert sich die zulässige Spannung um 40-60%. Wenn Polypropylen durch ein Copolymer eines Polypropylens und wenigstens eines anderen Alkens ersetzt wird, führt Krümmung und damit mechanische Zugbeanspruchung nicht zu einer Verringerung der Spannungsbelastung. Auch bei Krümmung des Kabels ist folglich eine Spannungsbelastung von 20 kV, 30 kV beziehungsweise 40 kV für die obengenannten Durchmesser des ersten Isoliermantels des Hochspannungsverbindungskabels zulässig.

In anderen Experimenten sind erfindungsgemäße Verbindungskabel bei erhöhten Temperaturen stark gekrümmt und zusätzlichen mechanischen Zugbeanspruchungen ausgesetzt worden. Auch unter solch extremen Bedingungen, bleibt das erfindungsgemäße Verbindungskabel für ein hohe Spannungsbelastung geeignet. Auch bei einer erhöhten Temperatur und unter Zugbeanspruchung kann ein erfindungsgemäßes Verbindungskabel mit einem Leiter mit einem Durchmesser von 0,8 mm, einem ersten Isoliermantel met einem Durchmesser von 1,9 mm und einem zweiten nicht querverketteten Isoliermantel mit einem Durchmesser von 3,2 mm bei einer Spannungsbelastung von mindestens 30 kV verwendet werden. Ein ähnliches Kabel mit dem gleichen Leiter, einem ersten Isoliermantel mit einem Durchmesser mit von 2,1 mm und einem zweiten Isoliermantel mit einem Durchmesser von 3,5 mm ist geeigneterweise bei einer erhöhten Temperatur und unter mechanischer Belastung bei einer Spannungsbelastung von mindestens 45 kV verwendbar. Mittels eines erfindungsgemäßen Hochspannungsverbindungskabels mit einem Leiter mit einem Durchmesser von 0,8 mm, einem ersten Isoliermantel mit einem Durchmesser von 3,3 mm und einem nicht queverketteten zweiten Isoliermantel mit einem Durchmesser von 4,2 mm wird eine Betriebsspannung von mindestens 60 kV erreicht.

Das Copolymer ist beispielsweise ein Copolymer von Propen und Buten oder von Propen und Hexen. Ein sehr geeignetes Copolymer ist das Copolymer von Propen und Äthen. Sowohl Blockpolymere als auch Random-Polymere können verwendet werden. Der Äthengehalt beträgt vorzugsweise 2-60 Gewichtsprozent. Bei Blockpolymeren beträgt der Äthengehalt vorzugsweise 2-40 Gewichtsprozent. Die Haltbarkeit des Copoymers kann auf übliche Weise durch Zusatz von Hilfsstoffen wie Stabilisatoren, Antioxydantien und ähnlichen Additiven erhöht werden.

Weitere Einzelheiten über die vorteilhaften mechanischen und isolierenden Eigenschaften von Propen-Äthen-Polymeren sind in der Encyclopaedia of Polymer Science and Engineering, (Wiley and Sons Inc., Canada), Band 17, Seite 835 (1985) zu finden.

Der zweite nicht querverkettete Isoliermantel des erfindungsgemäßen Hochspannungsverbindungskabels sorgt führt einen flammlöschenden Charakter des Verbindungskabels. Das polymere Ausgangsmaterial des zweiten Isoliermantels ist Polyvinylchlorid oder ein Copolymer von Vinylchlorid. Ein geeignetes Copolymer ist das Copolymer von Vinylchlorid und Äthylenvinylacetat. Als Alternative kann beispielsweise eine Mischung aus Polyvinylchlorid und einer anderen polymeren Substanz verwendet werden, wie beispielsweise eine Mischung aus Polyvinylchlorid und Polyäthylenvinylacetat. Polyvinylchlorid oder ein Copolymer davon hat von sich auf schon feuerhemmende Eigenschaften. Dies kann auf das bei der Zersetzung von Polyvinylchlorid entstehende HCl-Gas zurückgeführt werden, das die Sauerstoffzufuhr unterbindet oder stark hemmt, so daß die Ausbreitung des Feuers verzögert wird. Um einen ausreichenden flammlöschenden Charaater zu erreichen, werden dem Material des zweiten Isoliermantels außerdem noch flammlöschende Additive zugesetzt die als solche bekannt sind, wie Brominverbindungen, vor allem aromatische Brominverbindungen, beispielsweise Decabromindiphenyl oder Decabromindiphenyioxid. Als Alternative können anorganische Oxide oder Sulflde wie Antimonoxid oder Antimonsulfid verwendet werden. Des weiteren können dem zweiten Isoliermantel übliche Additive wie ein Füllmittel, beispielsweise Kalziumkarbonat, Stabilisatoren, Antioxydantien und Gleitmittel, zugesetzt werden.

Die flammlöschenden Eigenschaften werden im sogenannten Vertikalkabelflammtest nachgewiesen. Bei diesem Test wird ein Tirrill-Gasbrenner (ein Bunsenbrenner mit einstellbarer Gas- und Sauerstoffzuführ) verwendet, sowie ein Metallgehäuse mit drei Wandstücken, das heißt einer Bodenplatte und zwei parallelen Seitenplatten, die auf der Bodenplatte lotrecht gegenüberliegend angeordnet sind. Ein Muster des zu untersuchenden Hochspannungsverbindungskabels wird lotrecht zur Bodenplatte in jeweils gleicher Entfernung zu den Seitenplatten im Mittelpunkt des Gehäuses angebracht. Der Tirrill-Gasbrenner wird so auf das Muster gerichtet, daß das Flammrohr des Brenners mit dem vertikal angeordneten Muster einen Winkel von 20º bildet. Das Muster wird einem Flammprozeß ausgesetzt, bei dem es von der Gasflamme des Tirrill-Brenners während fünf Phasen 15 Sekunden erhitzt wird. Diese aktiven Phasen wechseln sich mit fünf ebenfalls jeweils 15 Sekunden langen Ruhephasen ab, bei denen keine Erhitzung stattfindet. Die Gasflamme hat eine Lange von 100 bis 125 mm und hat einen blauen, konischen Flammkegel mit einer Lange von 38 mm. Die Temperatur an der Spitze des blauen konischen Flammkegels beträgt ungefahr 800º C. Die Spitze dieses blauen Flammkegels berührt das Muster. Es hat sich herausgestellt, daß das Muster nach der letzten Erhitzungsphase innerhalb einer Minute aufhört zu brennen. Darüberhinaus haben sich während des Testzeitraumes keine glühenden oder entflammten Partikel gebildet und/oder vom Muster gelöst.

Falls wünschenswert kann das erfindungsgemäße Hochspannungsverbindungskabel mit einer oder mehreren Verstärkungslagen versehen werden, die am zweiten Isoliermantel angebracht werden, beispielsweise einer Lage aus einem von einem PVC-Mantel umgebenen Metallgeflecht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochspannungsverbindungskabel.

Das Bezugszeichen 1 in der Figur bezeichnet den Leiter. Dieser Leiter ist beispielsweise aus Cu oder aus mit einer Sn-Beschichtung versehenem Cu hergestellt. Der Durchmesser des Leiters ist nicht von wesentlicher Bedeutung. Ein geeigneter Durchmesser liegt im Bereich von beispielsweise 0,5 bis 1,5 mm. Der Leiter kann massiv sein oder aus einer Reihe von verwobenen Elementardrähten bestehen, einer sogenannten Litze. Ein erster Isoliermantel 2 ist um den Leiter 1 gelegt. Die Dicke des Isoliermantels 2 wird durch die während des Betriebes des Verbindungskabels benötigte Spannung bestimmt. Die Dicke kann daher varileren, beispielsweise von 0,3 bis 1,3 mm für Betriebsspannungen von 10 kV bis beispielsweise 100 kV oder höher. Der Isoliermantel ist aus einem Copolymer von Propen und Äthen mit einem Gewichtsanteil von 20% Äthen hergestellt.

Ein zweiter nicht querverketteter Isoliermantel 3 ist mittels eines Strangpreßverfahrens um den ersten Isoliermantel 2 gelegt. Der Mantel 3 verschafft dem Hochspannungsverbindungskabel flammlöschende Eigenschaften. Die Dicke des Mantels Lagendicke des Mantels 2 zu einer höheren Lagendicke des Mantels 3 führt. Eine geeignete Lagendicke liegt im Bereich von 1,0 bis 3,0 mm. Der Mantel 3 hat die folgende Zusammensetzung:

50 Gewichtsprozent PVC-EVA Copolymer (Vinnol T.M.)

0,5 Gewichtsprozent Gleitmittel (Montansäureester)

5 Gewichtsprozent Stabilisator (dibasisches Bleiphthalat)

1 Gewichtsprozent Antioxidantium (Pentaerythrityl-Tetrakis [3-(3,5-Ditert.Butyl- 4-Hydroxyphenyl)-Propionat]) (Irganox T.M.)

10 Gewichtsprozent Sb&sub2;O&sub3;

12,5 Gewichtsprozent Decabromindiphenyl

21 Gewichtsprozent CaMg(CO&sub3;)&sub2;


Anspruch[de]

1. Hochspannungsverbindungskabel für die Verwendung in Display-Vorrichtungen, wobei das Verbindungskabel einen isolierten Leiter (1) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter von einem ersten Isoliermantel (2) mit einer Dicke von 0,3 bis 1,5 mm umgeben ist, der ein Copolymer von Propen und wenigstens einem anderen Alken enthält, wobei der erste Isoliermantel von einem nicht querverketteten zweiten Isoliermantel (3) mit einer Dicke von 1,0 bis 3,0 mm umgeben ist und Polyvinylchlorid oder ein Copolymer davon enthält und wobei der zweite Isoliermantel außerdem mit flammlöschenden Additiven versehen ist.

2. Hochspannungsverbindungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Isoliermantel (2) ein Copolymer von Propen und 2-60 Gewichtsprozent Äthen enthält.

3. Hochspannungsverbindungskabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Isoliermantel (3) ein Copolymer von Vinylchlorid und Äthylenvinylacetat oder eine Mischung aus Polyvinylchlorid und Polyäthylenvinylacetat enthält.







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