PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69013019T2 11.05.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0380245
Titel Gefüllte Kabel, die nichthalogenierte Kunststoffe enthalten.
Anmelder AT & T Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Hardin, Tommy Glenn, Lilburn, Georgia 30247, US;
Khorramian, Behrooz A., Norcross, Georgia 30093, US
Vertreter Blumbach, P., Dipl.-Ing., 65193 Wiesbaden; Weser, W., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 81245 München; Bergen, P., Dipl.-Ing. Dr.jur., Pat.-Ass., 65193 Wiesbaden; Kramer, R., Dipl.-Ing., 81245 München; Zwirner, G., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., 65193 Wiesbaden; Hoffmann, E., Dipl.-Ing., 82166 Gräfelfing; Herden, A., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 65193 Wiesbaden
DE-Aktenzeichen 69013019
Vertragsstaaten CH, DE, DK, ES, FR, GB, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 18.01.1990
EP-Aktenzeichen 903005627
EP-Offenlegungsdatum 01.08.1990
EP date of grant 05.10.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.05.1995
IPC-Hauptklasse H01B 7/34

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Verteilerraumkabel, die nicht-halogenierte Kunststoffmaterialien enthalten.

Bei der Konstruktion vieler Gebäude ist eine sichtbare Zimmerdecke, die auch als abgehängte Zwischendecke bezeichnet wird, unterhalb einer tragenden Decke für den Fußboden angeordnet, die beispielsweise aus Beton besteht. Unterhalb der Zwischendecke sind sowohl Beleuchtungskörper als auch andere Gegenstände angebracht. Der Raum zwischen der Zwischendecke und der tragenden Decke, an der die Zwischendecke aufgehängt ist, dient als Verteilerraum für Heiz- und Kühlsystemelemente. Zudem ist der Zwischenraum gut geeignet für die Installation von Nachrichtenübermittlungskabeln, einschließlich solcher für Computer und Alarmsysteme. Die letzteren umfassen Nachrichtenübertragungs-, Daten- und Signalkabel zur Verwendung in Telephonen, Computern, Steuer- und Alarmsystemen sowie in damit verwandten Systemen. Bei diesen Zwischenräumen ist es nicht unüblich, daß sie sich kontinuierlich über die Länge und die Breite jedes Stackwerks erstrecken. Auch der Raum unter einem erhöhten Fußboden in einem Computerraum wird als Verteilerraum angesehen, wenn er mit einem Kabelkanal oder mit einem Stockwerk-Zwischenraum verbunden ist.

Falls in dem Bereich zwischen einem Fußboden und einer abgehängten Zwischendecke ein Feuer auftritt, kann es durch Wände und andere Gebäudeteile, die diesen Bereich umschließen, eingedämmt werden. Wenn das Feuer jedoch einen Verteilerraum erreicht, der brennbares Material enthält, kann es sich schnell über ein gesamtes Stockwerk eines Gebäudes ausbreiten. Das Feuer kann sich entlang von Kabeln ausbreiten, die in dem Verteilerraum installiert sind, wenn diese Kabel nicht für die Verwendung in Verteilerräumen eingestuft sind. Zudem kann durch den Verteilerraum auch Rauch zu benachbarten Bereichen und zu anderen Stockwerken übertragen werden.

Ein Kabelumhüllungssystem, das nicht für die Verwendung in Verteilerräumen eingestuft ist, und das einen Kern aus isolierten Kupferleitungen umschließt und lediglich einen herkömmlichen Kunststoffmantel aufweist, kann unzulässige Flammenausbreitungs- und Rauchentwicklungs- Eigenschaften aufweisen. Wenn sich die Temperatur in solch einem Kabel erhöht, beginnt die Verkohlung des Mantelmaterials. Anschließend beginnt die Leiterisolation im Innern des Mantels sich zu zersetzen und zu verkohlen. Wenn der verkohlte Mantel seine Unversehrtheit beibehält, isoliert er weiterhin den Kern, falls nicht, zerbricht er entweder durch die expandierende verkohlte Isolation oder durch den Druck von Gasen, die von der den höheren Temperaturen ausgesetzten Isolation erzeugt werden, wodurch das ursprüngliche Innere des Mantels und die Isolation höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Der Mantel und die Isolation beginnen zu pyrolisieren und entflammbarere Gase zu emittieren. Diese Gase entzünden sich, und infolge des Luftzuges in dem Verteilerraum brennen sie auch über den Einwirkbereich der Flammen hinaus, wodurch sich die Flamme ausbreitet und Rauch sowie möglicherweise toxische und korrosive Gase erzeugt werden.

Als allgemeine Regel fordert der National Electrical Code (NEC), daß leistungsbegrenzte Kabel in Verteilerräumen von metallischen Leitungsrohren umschlossen sein müssen. Die anfänglichen Kosten für Metalleitungsrohre für Nachrichtenübertragungskabel in Verteilerräumen sind relativ hoch. Leitungsrohre sind auch relativ unflexibel und in Verteilerräumen schwierig zu manövrieren. Ferner muß man sich während der Installation gegen mögliche elektrische Schläge schützen, die dadurch verursacht werden können, daß das Leitungsrohr mit einer freiliegenden elektrischen Anschlußleitung oder Einrichtung in Eingriff tritt. Der NEC gestattet jedoch gewisse Ausnahmen von diesen Anforderungen, vorausgesetzt, daß die Kabel von einer unabhängigen Teststelle, wie z.B. den Underwriters Laboratories (UL), getestet und mit entsprechend niedrigen Flammenausbreitungs- und Raucherzeugungs-Eigenschaften genehmigt wurden. Die Flammenausbreitung und die Raucherzeugung von Kabeln werden unter Verwendung des UL-910-Tests, einer Standardtestmethode für Feuer- und Raucheigenschaften von elektrischen Kabeln und von Lichtleitfaserkabeln, die in Räumen mit Luft verwendet werden, gemessen. Siehe den Artikel von S. Kaufman "The 1987 National Electric Code Requirements for Cable", der in den Proceedings des International Wire and Cable Symposium, 1986, (S. 554 ff.) erschienen ist.

Ein Verteilerraumkabel entsprechend dem Stand der Technik, das einen Kern aus Kupferleitern enthält, ist in dem amerikanischen Patent Nr. 4,284,842 dargestellt. Der Kern ist von einem thermischen Umwickelmaterial, einer Wellblechsperre und von zwei schraubenförmig gewundenen, durchsichtigen Bändern umgeben. Das vorstehende Umhüllungssystem, das auf seiner reflektierenden Eigenschaften beruht, um Hitze von dem Kern abzuhalten, ist besonders gut für größere Verteilerraumkabel aus Kupfer geeignet.

Der Stand der Technik trägt dem Problem von Kabelmänteln, die zur Flammenausbreitung und zur Rauchentwicklung beitragen, auch durch die Verwendung von Fluorpolymeren Rechnung. Zusammen mit Schichten aus anderen Materialien wurden diese dazu verwendet, die Entstehung der Verkohlung, die Unversehrtheit des Mantels und die Luftdurchlässigkeit zu kontrollieren und die Beschränkungen der Auswahl von Materialien für die Isolation innerhalb des Kerns zu minimieren. Kommerziell erhältliche Polymermaterialien, die Fluor enthalten, wurden als die wichtigsten isolierenden Umhüllungen für Leiter und als Mantelmaterial für Verteilerraumkabel ohne die Verwendung metallischer Leitungsrohre akzeptiert. Bei einem herkömmlichen Verteilerraumkabel geringerer Größe, das in dem amerikanischen Patent Nr. 4 605 818 offenbart ist, enthält das Umhüllungssystem eine Schicht aus einem gewebten Material, das mit einem Fluorkohlenstoffharz imprägniert ist und einen Kern umgibt. Die gewebte Schicht weist eine Luftdurchlässigkeit auf, die ausreichend niedrig ist, um die Gasströmung durch die gewebte Schicht zu minimieren und den Wärmeübergang auf den Kern zu verzögern. Die Schicht aus dem gewebten Material ist von einem äußeren Mantel aus einem extrudierbaren Fluorpolymermaterial umschlossen. Bei der zuletzt beschriebenen Kabelkonstruktion wird eine beträchtliche Menge Fluor, welches ein Halogen ist, verwendet. Fluorpolymermaterialien sind etwas schwierig zu verarbeiten. Einiger dieser Fluor enthaltenden Materialien weisen auch eine relativ hohe dielektrische Konstante auf, was sie als Isolation für Nachrichtenübertragungsleiter unattraktiv macht.

Das Problem der Entwicklung akzeptabler Verteilerschachtkabel wird noch durch einen Trend zu der zunehmenden Verwendung von Lichtleitfasern als Übertragungsmedium von einer Amtsanschlußleitung zu Verteilungssystemen in Gebäuden etwas kompliziert Lichtleitfasern müssen nicht nur von Qualitätsverlusten bei der Übermittlung geschützt werden, sondern besitzen auch Eigenschaften, die sich wesentlich von den Eigenschaften von Kupferleitern unterscheiden und somit eine spezielle Behandlung erforderlich machen. Lichtleitfasern sind mechanisch brüchig, brechen bei niedriger Dehnung unter Zugbelastung und zeigen eine verschlechterte Lichtübertragung, wenn sie mit einem relativ geringen Kurvenradius gebogen werden. Der durch die Krümmung entstehende Qualitätsverlust ist als Mikrokrümmungsverlust bekannt. Dieser Verlust kann infolge einer Kopplung zwischen der Umhüllung und dem Kern auftreten. Die Kopplung kann sich durch Schrumpfung während des Abkühlens der Umhüllung ergeben sowie durch unterschiedliche thermische Kontraktionen, wenn sich die thermischen Eigenschaften des Mantelmaterials wesentlich von denjenigen der umschlossenen Lichtleitfasern unterscheiden.

Die Verwendung von Fluorpolymeren für die Umhüllungen von Lichtleitfaserverteilerraumkabeln erfordert eine spezielle Berücksichtigung von Materialeigenschaften, wie z.B. der Kristallinität und der Kopplung zwischen dem Mantel und einem Lichtleitfaserkern, welche die Lichtleitfasern nachteilig beeinflussen kann. Wenn der Mantel mit dem Lichtleitfaserkern gekoppelt ist, führt die auf die Extrusion folgende Schrumpfung des fluorpolymeren Kunststoffmaterials, das teilkristallin ist, zu einer Kompression der Lichtleitfaser, welche zu Mikrokrümmungsverlusten in der Faser führt. Ferner ist sein thermischer Ausdehnungskoeffizient im Vergleich zu Glas relativ groß, wodurch die Stabilität der optischen Leistung bei sich verändernden thermischen Betriebsbedingungen gefährdet wird. Die Verwendung von Fluorpolymeren führt bei den heutigen Preisen auch zu einer starken Erhöhung der Kabelkosten und erfordert eine spezielle Sorgfalt bei der Verarbeitung.

Zudem handelt es sich bei einem Fluorpolymer um ein halogeniertes Material. Obwohl einige Kabel, die halogenierte Materialien enthalten, die Anforderungen des UL-910-Tests erfüllt haben, besteht ein Wunsch, einige Probleme zu lösen, die im Hinblick auf die Verwendung halogenierter Materialien, wie z.B. Fluorpolymere und Polyvinylchlorid (PVC), nach wie vor existieren. Diese Materialien zeigen unerwünschte Korrosionen. Wenn ein Fluorpolymer verwendet wird, bildet sich unter dem Einfluß von Hitze Fluorwasserstoffsäure (Flußsäure), die Korrosion hervorruft. Bei PVC wird Chlorwasserstoff (Salzsäure) gebildet.

Im allgemeinen gibt es eine Anzahl von halogenierten Materialien, welche die Industrietests bestanden haben. Falls die halogenierten Materialien jedoch etwas schlechte Eigenschaften als die durch die Industrienormen der Vereinigten Staaten geforderten gewünschten Eigenschaften aufweisen, ist es logisch nachzufragen, wieso nichthalogenierte Materialien nicht als Kabelmaterialien verwendet worden sind. Der Stand der Technik hat nicht-halogenierte Materialien als unakzeptabel angesehen, da sie als allgemeine Regel nicht flammhemmend sind oder aber, wenn sie flammhemmend sind, dann zu unflexibel sind. Materialien zur Verwendung in Nachrichtenübermittlungskabeln müssen so beschaffen sein, daß die sich ergebenden Kabel einen Industrie-Standardtest bestehen. Für Verteilerraumkabel ist dieses beispielsweise der UL-910-Test. Dieser Test wird beispielsweise in einem Gerät durchgeführt, das als Steiner- Tunnel bekannt ist. Viele nicht-halogenierte Kunststoffmaterialien haben diesen Test nicht bestanden.

Nicht-halogenierte Materialien wurden in Ländern außerhalb der Vereinigten Staaten verwendet. Bei einem Beispiel eines nicht-halogenierten Materials, das als Material zur Isolierung von Leitern angeboten wurde, handelt es sich um ein Polyphenylenoxid-Kunststoffmaterial. Insoweit dieses Material Industrie-Standardtests in den Vereinigten Staaten zur Verwendung in Verteilerräumen nicht erfolgreich bestanden hat, wurden andauernde Anstrengungen unternommen, ein nicht-halogeniertes Material zu schaffen, welches sowohl einen vernünftigen Preis als auch einen breiten Bereich akzeptabler Eigenschaften aufweist und den UL-910-Test für Verteilerraumkabel besteht. Solch ein Kabel sollte bei einem breiten Kundenspektrum Anklang finden.

Das gesuchte Kabel zeigt nicht nur geeignete geringe Flammenausbreitungs- und Rauchentwicklungseigenschaften, wie sie auch die gegenwärtig verwendeten Kabel, die halogenierte Materialien enthalten, aufweisen, sondern weist auch einen breiten Bereich gewünschter Eigenschaften auf, wie z.B. akzeptable Werte der Korrosion und der Toxizität. Solch ein Kabel ist aus dem Stand der Technik nicht verfügbar. Die Herausforderung besteht darin, ein halogenfreies Kabel zu schaffen, welches die Normen in den Vereinigten Staaten für Verteilerraumkabel erfüllt. Gesucht ist ferner ein Kabel, welches nicht nur relativ geringe korrosive und akzeptable toxische Eigenschaften aufweist, sondern auch geringe Werte der Rauchentwicklung besitzt und bei vernünftigen Kosten leicht zu verarbeiten ist.

Die EP-A-0 268 827 offenbart ein Kabel, bei dem im Mantel ein Polyimidmaterial verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird ein Kabel gemäß Anspruch 1 geschaffen.

Die vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik werden durch die erfindungsgemäßen Kabel gelöst. Ein erfindungsgemäßes Kabel enthält einen Kern, der zumindest ein Übertragungsmedium umfaßt. Für Nachrichtenübermittlungszwecke kann das Übertragungsmedium aus Lichtleitfasern oder aus metallischen Leitern bestehen. Jedes Übertragungsmedium ist von einem nicht-halogenierten Kunststoffmaterial umgeben, das aus der aus einem Polyetherimid, einem Silikon-Polyimid- Copolymer oder aus Mischungen aus diesen zwei Materialien bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Der Kern ist von einem Mantel umgeben, der aus einem nicht-halogenierten Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches ein Polyetherimid oder ein Silikon-Polyimid-Copolymer enthält. Der Kern kann auch aus einer Mischung aus einem Polyetherimid und einem Silikon-Polyimid-Copolymer bestehen.

Bei einer Ausführungsform umfaßt das Kabel auch eine laminierte metallische Abschirmung. Das Laminat besteht aus einem Metallmaterial und aus einem nicht-halogenierten Material, welches ein Polyetherimid, ein Silikon-Polyimid- Copolymer oder eine Mischung aus diesen zwei Kunststoffmaterialien sein kann.

Die erfindungsgemäßen Kabel können vorteilhafterweise in Gebäudezwischenräumen und/oder Schächten verwendet werden. Sie erfüllen die Anforderungen des UL-910-Tests für die Flammenausbreitung und für die Raucherzeugung. Ferner zeigen sie geeignete niedrige Werte der Toxizität und eine relativ geringe Korrosivität.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser verständlich. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kabels;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Kabels gemäß Fig. 1, wobei der Abstand zwischen den Leiterpaaren übertrieben dargestellt ist;

Fig. 3 einen Aufriß eines Gebäudeteils mit Zwischendeckenraum, um die Verwendung erfindungsgemäßer Kabel darzustellen;

Fig. 4 und 5 eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Lichtleitfaserkabels;

Fig. 6 und 7 eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels, wobei der Abstand zwischen den Leiterpaaren übertrieben dargestellt ist; und

Fig. 8 eine Detailansicht eines Teils des in den Fig. 6 und 7 dargestellten Kabels.

Ausführliche Beschreibung

In den Fig. 1 und 2 ist ein allgemein mit dem Bezugszeichen 20 versehenes Kabel dargestellt, das zur Verwendung in Verteilerräumen von Gebäuden geeignet ist. Ein typischer Verteilerraum 21 eines Gebäudes ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Verteilerraum ist ein erf indungsgemäßes Kabel 20 angeordnet. Wie zu sehen ist, enthält das Kabel 20 einen Kern 22, der aus zumindest einem Übertragungsmedium besteht. Das Übertragungsmedium kann aus isolierten metallischen Leitern oder aus Lichtleitfasern bestehen. Der Kern 22 kann von einer (nicht dargestellten) Kernbewicklung umgeben sein. Der Kern 22 kann sowohl zur Verwendung in Daten-, Computer-, Alarm- und Nachrichtenübermittlungsnetzwerken als auch für Sprechverbindungen geeignet sein.

Zum Zwecke der nachfolgenden Beschreibung besteht das Übertragungsmedium aus miteinander verdrillten Paaren 24-24 isolierter metallischer Leiter 26-26. Obwohl einige in Verteilerräumen verwendete Kabel aus fünfundzwanzig oder mehr Leiterpaaren bestehen können, bestehen viele dieser Kabel aus sechs, vier, zwei oder sogar nur aus einem einzigen Leiterpaar.

Die metallischen Leiter sind mit einem flammhemmenden, schwach toxischen, wenig korrosiven und wenig raucherzeugenden Kunststoffmaterial isoliert, um dem Kabel 20 diese Eigenschaften zu verleihen. Die metallischen Leiter können jeweils mit einer Isolationsumhüllung 27 versehen sein, die aus einem Polyetherimid besteht. Polyetherimid ist ein amorphes thermoplastisches Harz, das beispielsweise von der General Electric Company unter der Bezeichnung ULTEM - Harz kommerziell erhältlich ist. Das Harz ist durch eine hohe Durchbiegungstemperatur von 200ºC bei 1848 x 10³ Pascal (264 psi), eine relativ hohe Zugfestigkeit, einem relativ hohen Biegemodul und einer sehr guten Beibehaltung mechanischer Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen charakterisiert. Es ist ohne die Verwendung anderer Zusätze von Natur aus flammhemmend und hat einen begrenzenden Sauerstoffindex von 47.

Polyetherimid ist ein Polyimid, bei dem andere Bindungen in die Molekularkette des Polyimids eingebaut wurden, um eine ausreichende Flexibilität zu erhalten, die eine geeignete Schmelzverarbeitbarkeit ermöglicht. Es behält die charakteristischen Eigenschaften des aromatischen Imids, nämlich exzellente mechanische und thermische Eigenschaften. Polyetherimid wird in einem Artikel von R.O. Johnson und H.S. Burlhis beschrieben, der unter dem Titel "Polyetherimid: A New High-Performance Thermoplastic Resin" im Journal of Polymer Science (1983, Seite 129 ff.) erschienen ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Isolation 27 auch aus anderen Materialien als aus Polyetherimid bestehen kann. Die Isolation kann beispielsweise aus einer Zusammensetzung bestehen, die ein Silikon-Polyimid-Copolymer oder eine Mischung aus einem Polyetherimid und einem Silikon-Polyimid- Copolymer umfaßt. Ein Silikon-Polyimid-Copolymer ist ein flammhemmendes, nicht-halogeniertes, thermoplastisches Material. Ein geeignetes Silikonmaterial ist ein Silikon- Polyimid-Copolymer, das ein Copolymer aus Siloxan und Etherimid ist. Eines dieser Materialien wird als SILTEM - Copolymer bezeichnet und ist von der General Electric Company kommerziell erhältlich. Der Polyetherimid-Anteil der Zusammensetzung variiert zwischen etwa 0 und etwa 100 Gew.-% der Zusammensetzung, während der Silikon-Polyimid-Copolymer-Anteil zwischen etwa 0 und etwa 100 Gew.-% der Zusammensetzung variiert.

Um den Kern ist ein Mantel 28 angeordnet. Der Mantel 28 besteht aus einem Kunststoffmaterial, welches einen Polyetherimid-Bestandteil enthält, der auch als Isolationsumhüllung für die metallischen Leiter verwendet wird, oder ein Silikon-Polyimid-Copolymer. Der Mantel 28 kann auch eine aus einem Silikon-Polyimid-Copolymer und aus einem Polyetherimid bestehende Mischung enthalten, wobei der Polyetherimid-Anteil zwischen etwa 0 und etwa 100 Gew.-% der Mischung beträgt und der Silikon-Polyimid-Copolymer-Anteil zwischen etwa 0 und etwa 100 Gew.-% der Mischung beträgt.

Zusätzlich kann bei dem Mantel zu jedem der einzelnen Materialien oder zu den Mischungen ein flammhemmendes, rauchunterdrückendes System im Bereich zwischen etwa 0 und 20 Gew.-% hinzugefügt werden. Unter diesen Systemen, welche die Flammhemmung und die Rauchunterdrückung verbessern, sind anorganische Verbindungen, wie z.B. Metalloxide und Titandioxid, und Metallsalze, wie z.B. Zinkborat.

In der Vergangenheit hat die Kabelindustrie in den Vereinigten Staaten von der Verwendung nicht-halogenierter Materialien zur Verwendung bei Kabeln für Verteilerräume zurückgeschreckt. Nicht-halognierte Materialien, welche die gewünschten Flammhemmungs - und Raucherzeugungseigenschaften aufweisen, schienen zu unflexibel für die Verwendung bei solchen Produkten zu sein, während nicht-halogenierte Materialien, welche die gewünschte Flexibilität aufweisen, nicht die relativ hohen amerikanischen Normen für Verteilerraumkabel erfüllten. Überraschenderweise enthalten die Isolations- und Mantelmaterialien des erfindungsgemaßen Kabels nicht-halogenierte Materialien und erfüllen doch die Anforderungen des UL-910-Tests.

Bei Lichtleitfaserkabeln, bei denen Lichtleitfasern mit einer Pufferschicht versehen sind, wird als Material für die Pufferschicht vorzugsweise ein Silikon-Polyimid-Copolymer verwendet. Das Silikon-Polyimid-Copolymer weist einen geringeren Modul als das Polyetherimid auf, wodurch die Möglichkeit für eine induzierte Mikrokrümmungsdämpfung in den Lichtleitfasern verringert wird. In den Fig. 4 und 5 ist ein typisches Lichtleitfaser-Verteilerraumkabel 30 dargestellt.

Das Kabel 30 enthält mehrere umhüllte Lichtleitfasern 32-32, von denen jede von einer Pufferschicht 34 umhüllt ist. Wie zu sehen ist, sind die Lichtleitfasern um einen zentralen Ausrichter 36 angeordnet und von einer Schicht 38 aus einem Verstärkungsmaterial, wie z.B. einem KEVLAR -Garn, umgeben. Die Verstärkungselementschicht ist von einem Mantel 39 umgeben, der aus einem nicht-halogenierten Material besteht, welches einen Polyetherimid-Bestandteil enthält. Der Mantel kann aus einem Polyetherimid bestehen oder aus einer Mischung aus einem Polyetherimid und einem Silikon-Polyimid-Copolymer.

Überraschenderweise erfüllen die erfindungsgemäßen Kabel, die nicht-halogenierte Isolations- und Mantelmaterialien enthalten, nicht nur akzeptable Industrienormen im Hinblick auf ihre Flammhemmungs- und Raucherzeugungseigenschaften, sondern weisen auch eine relativ geringe Korrosivität und eine geeignete schwache Toxizität auf. Das Resultat ist überraschend und unerwartet, da man dachte, daß nicht-halogenierte Materialien mit akzeptablen Flammenausbreitungs- und Raucherzeugungseigenschaften übermäßig unelastisch seien, und daß Materialien mit einer geeigneten Flexibilität nicht die geeigneten Flammenausbreitungs- und Raucherzeugungseigenschaften aufweisen würden, um die Industrienormen zu erfüllen. Die Leiterisolation und das Mantelmaterial des beanspruchten Kabels wirken zusammen, um ein System zu erzeugen, welches den Wärmeübergang zu den Übertragungselementen verzögert. Da der konduktive Wärmeübergang, welche die Leiterisolation zersetzt, verzögert wird, werden die Rauchemission und die weitere Flammenausbreitung eingedämmt.

Die Flammenausbreitungs- und die Raucherzeugungseigenschaften von Kabeln können unter Verwendung des gut bekannten Steiner-Tunnel-Tests in Übereinstimmung mit ASTM E-84 veranschaulicht werden, der für Nachrichtenübertragungskabel modifiziert wurde und nun als UL-910-Test bezeichnet wird. Der UL-910-Test ist in dem zuvor angeführten Artikel von S. Kaufman beschrieben. Bei ihm handelt es sich um eine Testmethode zur Bestimmung der relativen Flammenausbreitungs- und Raucherzeugungseigenschaften von Kabeln zur Installation in Kabelkanälen oder Schächten, in Verteilerräumen und in anderen Räumen, die für die Umgebungsluft zugänglich sind. Tests haben gezeigt, daß die Wärmeübertragung in den Kabelkern 22 primär durch thermische Strahlung, sekundär durch Wärmeleitung und dann erst durch Konvektion erfolgt.

Während des Steiner-Tunnel-Tests wird die Flammenausbreitung für eine vorbestimmte Zeit beobachtet und der Rauch durch eine Photozelle in einem Absaugrohr gemessen. Für ein Kabel, das für die Verwendung in Verteilerräumen eingestuft ist, d.h. Typ CMP entsprechend dem National Electric Code, darf die Flammenausbreitung 152,4 cm (5 Fuß) nicht überschreiten. Ein Maß für die Rauchentwicklung wird als Schwärzung bezeichnet, welche über eine Verdunkelungsmessung über eine Zeitspanne mittels eines optischen Detektors bestimmt wird. Je geringer die Schwärzung ist, desto geringer und damit wünschenswerter ist die Rauchentwicklung. Ein CMP-Kabel darf eine maximale Schwärzung von 0,5 oder weniger und eine durchschnittliche Schwärzung von 0,15 oder weniger aufweisen.

Die toxischen Eigenschaften von Kabeln können durch einen von der Universität von Pittsburgh entwickelten Toxizitätstest veranschaulicht werden. Bei dem Test wird ein als LC&sub5;&sub0; bezeichneter Parameter gemessen, der die letale Konzentration der von einem brennenden Material erzeugten Gase angibt, die bei einer Tierpopulation eine 50%ige Sterblichkeit hervorruft, d.h. beispielsweise 2 von 4 Versuchstieren. Der LC&sub5;&sub0;-Wert ist ein Hinweis für die Toxizität eines Materials, die durch die Raucherzeugung bei seinem Verbrennen hervorgerufen wird. Die Toxizität ist um so niedriger, je höher der Wert des LC&sub5;&sub0;-Parameters ist. Ein höherer Wert zeigt an, daß mehr Material verbrannt werden muß, um dieselbe Anzahl von Versuchstieren zu töten. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß der LC&sub5;&sub0;-Parameter für das bei dem Kabel verwendete Kunststoffmaterial ohne die metallischen Leiter gemessen wird. Die LC&sub5;&sub0;-Werte erfindungsgemäßer Kabel sind höher als diejenigen für vergleichbare Verteilerraumkabel, die halogenierte Materialien enthalten.

Die schwach korrosiven Eigenschaften von Kabeln können durch die Messung des Prozentsatzes von Säuregasen veranschaulicht werden, die beim Verbrennen von Kabeln erzeugt werden. Je höher der Prozentsatz erzeugter Säuregase ist, um so korrosiver ist das Kunststoffmaterial, welches das Übertragungsmedium umschließt. Diese Verfahren wird gegenwärtig für eine militärische Spezifikation der amerikanischen Regierung für Kabel verwendet, die auf Schiffen eingesetzt werden. Bei dieser Spezifikation sind 2% Säuregas der maximal zulässige Wert, wobei das auf das Kabelgewicht bezogene erzeugte Chlorwasserstoffgas gemessen

In der folgenden Tabelle sind sowohl Testergebnisse von Beispielen erfindungsgemäßer Kabel als auch von ähnlichen Verteilerraumkabel, bei denen halogenierte Materialien für die Isolation und für den Mantel verwendet werden, angegeben. Die in Tabelle 1 gezeigten Kabel bestehen den UL-910-Test für die Flammenausbreitung und die Raucherzeugung und sind damit für die Verwendung in Verteilerräumen geeignet.

Beispiele von Kabeln wurden in Übereinstimmung mit dem zuvor erwähnten UL-910-Test Tests in einem Steiner-Tunnel unterworfen, sowie Temperaturen von 904ºC und auftreffenden Wärmeströmen in Höhe von 63 kW/m² ausgesetzt.

Tabelle I
halogeniert nicht halogeniert Beispiele von Verteilerraumkabeln Eigenschaft A. Raucherzeugung maximale Schwärzung durchschnittliche Schwärzung B. Korrosivität % Säuregaserzeugung D. Außendurchmesser (cm) E. Manteldicke (cm

Jedes der Kabel in Tabelle 1 enthält vier Paar Kupferleiter der Stärke 24, von denen jeder einen 0,015 cm dicke Isolationsumhüllung aufweist. Bei den Beispielen 1 und 2 enthalten die Isolationsumhüllung und der Mantel ein Fluorpolymer. Bei den Beispielen 3 und 4 besteht die Isolation und der Mantel aus einem nicht-halogenierten Kunststoffmaterial. Bei Beispiel 3 bestehen die Isolation und der Mantel jeweils aus einer Mischung aus 50 Gew.-% ULTEM - Harz und aus 50% SILTEM -Copolymer. Bei dem Kabel in Beispiel Nr. 4 bestehen die Isolation und der Mantel jeweils aus ULTEM -Harz.

Es hat sich auch gezeigt, daß ein Kabel mit einem Mantel, der aus 100 Gew.-% SILTEM -Copolymer besteht, den UL-910-Test für die Flammenausbreitung und die Raucherzeugung besteht. Eine beispielhafte Mischung, die für den Mantel eines Kabels verwendet wurde, welches den UL-910-Test besteht, enthält etwa 15 Gew.-% Titandioxid und etwa 85 Gew.- % SILTEM -Copolymer. Bei einem anderen Beispiel enthält die Mischung etwa 14 Gew.-% ULTEM -Harz, etwa 7 Gew.-% Titandioxid und etwa 79 Gew.-% SILTEM -Copolymer.

Bei einer anderen Ausführungsform enthält ein Kabel 40 (siehe Fig. 6 und 7) einen Kern 42, der aus einem Übertragungselement, wie z.B. aus miteinander verdrillten Paaren metallischer Leiter 43-43 oder aus Lichtleitfasern besteht, sowie einen Mantel 45. Mit oder ohne (nicht dargestellte) Kernbewicklung ist zwischen dem Kern 42 und dem Mantel eine laminierte Metallabschirmung 46 angeordnet. Jeder der Leiter 43-43 ist mit einer Isolationsumhüllung 47 versehen, die aus einem Polyetherimid, aus einem Silikon- Polyimid-Copolymer oder aus Mischungen daraus besteht, wobei jeder Bestandteil der Mischungen zwischen etwa 0 und etwa 100 Gew.-% variiert. Der Mantel 45 enthält auch ein Polyetherimid oder ein Silikon-Polyimid-Copolymer oder eine Mischung aus einem Polyetherimid und einem Silikon-Polyimid-Copolymer.

Die Abschirmung 46 ist vorzugsweise ein Laminat, welches eine Metallschicht 48 (siehe Fig. 8) und einen Film 49 enthält, der an der Metallschicht anhaftet. Der Film besteht aus einem Kunststoffmaterial, wie z.B. einem Polyetherimid, einem Silikon-Polyimid-Copolymer oder einer Mischung aus einem Polyetherimid und einem Silikon-Polyimid-Copolymer. Bei der Mischung kann der Polyetherimid-Anteil zwischen etwa 0 und etwa 100 Gew.-% der Mischung variieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke jeder neuen Schicht des Laminats etwa 0,003 cm.

Es ist wichtig, daß die Abschirmung um den Kern gewickelt bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Band 50 um die Abschirmung gewickelt wird, nachdem die Abschirmung um den Kern gewickelt wurde.

Die erfindungsgemäßen Kabel enthalten Umhüllungen des Übertragungsmediums und Mäntel, die einen gewissen Dickenbereich aufweisen. Die Kabel bestehen aber in jedem Fall die Flammhemmungs- und Raucherzeugungstests, die heutzutage durch UL-910-Tests verlangt werden Zudem weisen sie eine relativ geringe Korrosivität und eine akzeptable, niedrige Toxizität auf.

Das erfindungsgemäße Umhüllungssystem 30 verzögert den Übergang der geleiteten Wärme auf den Kern 22, wodurch eine geringere Isolationsverschlechterung erzeugt wird, wodurch umgekehrt wiederum weniger Rauch erzeugt und eine geringere Flammenausbreitung hervorgerufen wird (a) reflektiert effektiv über die Dauer des UL-910-Tests vorhandene Strahlungsenergie (b); beseitigt eine vorzeitige Entzündung an den überlappenden Säumen (c) und ermöglicht, daß die Isolation vollständig verkohlt, wodurch eine konvektive, pyrolytische Gasströmung entlang des Kabels verhindert wird (d). Zudem verursacht es eine relativ geringe Korrosivität und eine akzeptable Toxizität.

Es sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebenen Anordnungen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen. Von Fachleuten können auch andere Anordnungen ersonnen werden, welche die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in den durch die Ansprüche verkörperten Schutzbereich fallen.


Anspruch[de]

1. Nachrichtenkabel mit einem Kern, der mindestens ein Kommunikationsübertragungsmedium und einen den Kern umgebenden Mantel umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

daß das Kommunikationsübertragungsmedium innerhalb eines Kunststoffmaterials eingeschlossen ist, welches aus der Gruppe enthaltend ein Polyetherimid, ein Silikonpolyimid-Copolymer und Zusammensetzungen ausgewählt ist, die ein Polyetherimid und ein Silikonpolyimid-Copolymer umfassen, und

daß der den Kern umschließende Mantel ein Kunststoffmaterial aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus einem Polyetherimid, einem Silikonpolyimid-Copolymer und einer Mischung von Polyetherimid und Silikonpolyimid-Copolymer besteht.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Mantels bis zu 100 Gew.-% eines Polyetherimids umfaßt.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Mantels bis zu 100 Gew.-% Silikonpolyimid-Copolymer umfaßt.

4. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel noch eine metallische Umschirmung umfaßt, die zwischen dem Kern und dem Mantel angeordnet ist, und daß die Abschirmung ein Laminat aus einem metallischen Material und einem Filmmaterial umfaßt, das aus der Gruppe bestehend aus einem Polyetherimid und einem Silikonpolyimid-Copolymer und einer Mischzusammensetzung aus einem Polyetherimid und einem Silikonpolyimid-Copolymer ausgewählt ist.

5. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel eine Wärmesperre umfaßt, die zwischen dem Kern und dem Mantel angeordnet ist, und daß die thermische Sperre ein Laminat unter Einschluß eines Kunststoffmaterials ist, welches aus der Gruppe bestehend aus einem Polyetherimid, einem Silikonpolyimid-Copolymer und Mischungen eines Polyetherimids und eines Silikonpolyimid-Copolymers ausoewählt ist.

6. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern mindestens eine optische Faser umfaßt, und daß das Kunststoffmaterial, welches die optische Faser umschließt eine Pufferschicht mit einem Silikonpolyimid-Copolymer darstellt.

7. Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dar Übertragungsmedium umschließende Kunststoffmaterial ein Silikonpolyimid-Copolymer ist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com