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Dokumentenidentifikation DE69321630T2 29.04.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0559382
Titel Kabel mit hoher Flammfestigkeit und Rauchentwicklungsbeständigkeit
Anmelder AT & T Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Dickinson, Paul Raymond, Lawrenceville, Georgia 30243, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69321630
Vertragsstaaten DE, DK, ES, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.02.1993
EP-Aktenzeichen 933014342
EP-Offenlegungsdatum 08.09.1993
EP date of grant 21.10.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.04.1999
IPC-Hauptklasse H01B 7/34
IPC-Nebenklasse C08K 3/40   C08K 3/38   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel mit überlegener Beständigkeit gegenüber Flammenausbreitung und Rauchentwicklung.

Hintergrund der Erfindung

Beim Bau vieler Gebäude wird unterhalb einer tragenden Deckenplatte, die beispielsweise aus Beton konstruiert ist, eine abgehängte Decke mit Zwischenraum angeordnet. Die abgehängte Decke trägt Deckenleuchten und andere an der Decke befestigte Gegenstände, wohingegen der Raum zwischen der Decke und der Deckenplatte, von der sie abgehängt ist, als Rückluftschacht für Elemente von Heiz- und Kühlsystemen sowie als zweckmäßiger Ort für die Installierung von Nachrichten-, Computer- und Alarmsystemkabeln dient. Diese Schächte verlaufen des öfteren über die gesamte Länge und Breite jeder Decke.

Tritt in einem Bereich zwischen einem Fußboden und einer darüberliegenden abgehängten Decke ein Brand auf, so wird dieser möglicherweise von den Wänden und anderen Bauelementen, die diesen Bereich umgeben, in Grenzen gehalten. Falls der Brand jedoch den Schacht erreicht und sich darin brennbares Material befindet, so kann sich der Brand schnell über ein ganzes Stockwerk des Gebäudes ausbreiten, und Rauch kann über den Schacht in angrenzende Bereiche gelangen. Der Brand könnte sich entlang Nachrichtenkabel fortpflanzen, die im Schacht installiert sind und mehrere Leiter enthalten, die jeweils einzeln mit Kunststoffmaterial isoliert und in einem ein Kunststoffmaterial enthaltenden Mantel eingeschlossen sind.

Wegen der Möglichkeit einer derartigen Flammenausbreitung und Rauchentwicklung, insbesondere bei Förderung durch brennbare Kabelisolierungen, wurde die Verwendung von Elektrokabeln in Schächten in der Ausgabe des National Electric Code (NEC) aus dem Jahre 1975 verboten, sofern sie nicht von Metallrohren umgeben waren. Da starre Metallrohre in Schächten mit einem Gewirr anderer Gegenstände schwierig zu verlegen sind, ist eine Neugruppierung von Bürotelefonen, die in manchen Betrieben praktisch jedes Jahr erfolgt, sehr teuer. Der Code gestattet jedoch bestimmte Ausnahmen von dieser aus Kostengründen untragbaren Anforderung. Beispielsweise sind flammwidrige, wenig Rauch entwickelnde Kabel ohne Metallrohr erlaubt, vorausgesetzt, daß sie von einem anerkannten Institut, wie z. B. den gut bekannten Underwriters Laboratories, geprüft und zugelassen werden.

In Gebäuden werden Kabel auch zur Verwendung in Steigschächten benötigt. Derartige Kabel sollten nicht zu schwer sein, da es andernfalls schwierig wird, lange Kabelstücke über einige Stockwerke hinweg hochzuziehen. Die Annehmbarkeit von Steigkabeln richtet sich ebenfalls nach Anforderungen, die von den Underwriters Laboratories festgelegt sind.

Benötigt wird also ein Kabel zur Verwendung in Gebäuden, das verhältnismäßig billig herzustellen ist, aber die NEC-Anforderungen für Flammwidrigkeit und Rauchentwicklung erfüllt, und das hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere mechanische Flexibilität, aufweist.

Auf dem Markt ist Kabel erhältlich, das eine Seele mit einer Papierumwicklung enthält und in einer verhältnismäßig dicken Metallabschirmung eingeschlossen ist. Dieses Kabel ist jedoch verhältnismäßig unflexibel und läßt sich in Schächten nur unter gewissen Schwierigkeiten bewegen. Außerdem muß man bei der Installierung auf Schutz gegen einen möglichen Elektroschock achten, der dadurch verursacht werden kann, daß der Metallmantel des oben beschriebenen Kabels mit freiliegenden Stromversorgungsdrähten oder -geräten in einem Schacht in Berührung kommt. Außerdem erfüllt das oben beschriebene Kabel zwar die Flammenausbreitungsanforderungen des Codes, jedoch verhindert das enge Anliegen der Metallabschirmung an den Leitern eine Verkohlung der Leiterisolierung, durch die ein Teil des Kabels um den Brand herum wirksam versiegelt und die Rauchentwicklung vermindert werden könnte. Als Abdeckmaterial für Schachtkabel ohne Metallrohr hat sich Fluorpolymer-Kunststoffmaterial durchgesetzt, das jedoch verhältnismäßig teuer und schwer zu verarbeiten ist. Derzeit treten schachtgängige Brandschutzmaterialien auf Polyvinylchloridbasis in Erscheinung, die jedoch in der Regel viel höhere Dielektrizitätskonstanten als für Isolierzwecke eingesetzte Fluorpolymere aufweisen.

Bei einem Ansatz zur Lösung der Probleme der Flammenausbreitung und Rauchentwicklung arbeitet man in ein Kabel eine Barriereschicht ein. So gehört ein Kabel mit einer Barriereschicht aus einem anorganischen zellulären, die Seele umgebenden Material und einer Metallbarriere mit in Längsrichtung verlaufenden Kanten, die eine Fuge bilden, zum Stand der Technik. Um Strahlungswärme nach außen reflektieren zu können, hat eine Hauptaußenfläche der Metallbarriere ein Emissionsvermögen im Bereich von etwa 0,039 bis 0,057. Die Metallbarriere ist mit einem innenliegenden Band, das ein warmhärtendes Material enthält, das zumindest optisch klar durchscheinend ist und eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit hat, welche nach einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich von etwa 0,0008 bis 0,001 cm²/s liegt, und einem zweiten, mit dem Innenband identischen Band abgedeckt. Das innenliegende und das außenliegende Band werden um die Metallbarriere so herumgewickelt, daß sie überlappende Fugen bilden, welche versiegelt werden. Ein derartiges Kabel wird in der am 18. August 1981 ausgegebenen US-PS 4,284,842 von C. J. Arroyo, N. J. Cogelia und R. J. Darsey beschrieben.

Eine weitere Beschreibung eines Barrierematerials, das Ethylencopolymere mit verbessertem Brandschutz enthält, ist der am 2. Juni 1987 eingereichten europäischen Patentanmeldung 0 248 404 zu entnehmen. Die Zusammensetzung enthält ein Ethylencopolymer, eine Mischung aus Aluminiumtrihydrat und Calciumcarbonat und/oder Calciummagnesiumcarbonat und einen Phosphatester. Im Idealfall enthält die Zusammen setzung ein Borsilicatglas. Durch den Phosphatester wird die Flexibilität der Zusammensetzung erhöht. Beim Dekomprimieren oder Brennen des Materials bilden die Aluminium- und Calciumbestandteile eine Keramikasche mit zelliger Struktur. Bei der Aschebildung wird die Asche zu einem Wärmeisolator. Durch das Borsilicatglas wird die Asche bei niedrigeren Temperaturen gehärtet als denjenigen, bei denen der Ca-Al-Komplex normalerweise aktiviert wird.

Bei der Bereitstellung eines überlegenen flammwidrigen Nachrichtenkabels stellt sich u. a. das Problem, einander gegenläufigen Eigenschaften gerecht zu werden. Eine erwünschte Eigenschaft eines Isoliermaterials ist eine verhältnismäßig niedrige Dielektrizitätskonstante. Das wird heutzutage angesichts der Kundenforderung nach immer höheren Übertragungsfrequenzen und Bitraten wichtig. Isoliermaterialien gemäß dem Stand der Technik, wie beispielsweise Polyethylen, die eine verhältnismäßig niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen, mangelt es jedoch an Beständigkeit gegenüber Flammenausbreitung und Rauchentwicklung.

Bei einer konventionellen Lösung bezüglich der Verwendung von organischen Harzen, die vom Standpunkt der elektrischen Eigenschaften aus wünschenswert sind, werden Additive mitverwendet, die die Entstehung eines Brands verzögern. Einer derartigen Lösung sind jedoch Grenzen gesetzt. Flammschutzadditive verzögern nur den Ausbruch eines Brands und verlieren ihre Wirksamkeit, wenn die Temperatur einen kritischen Schwellenwert überschreitet. Außerdem führt der Einsatz von halogenierten und phosphorhaltigen Flammschutzmitteln möglicherweise zur Entwicklung von korrosive Gase enthaltendem Rauch. Des weiteren kann der Zusatz von niedermolekularen halogenierten oder phosphorhaltigen Bestandteilen zu einer Weichmacherwirkung auf das mechanische Verhalten des resultierenden Materials führen. Zur Verleihung von Flammwidrigkeit zugesetzte Mineralfüllstoffe beeinträchtigen möglicherweise die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Materials und mit Sicherheit die elektrischen Eigenschaften. Je besser der Brandschutz von üblicherweise verwendeten Kunststoff-Kabelmaterialien ist, desto höher ist in der Regel die Dielektrizitätskonstante, was auf die erforderliche Mitverwendung von Additivsystemen zurückzuführen ist. Gegenwärtig scheint es keinen allgemein anerkannten Weg für den Einsatz von Polyolefin-Isolierung mit einem geringen prozentualen Anteil an Additiven in einer stark brandgefährdeten Umgebung zu geben.

Billige halogenierte Kunststoffmaterialien sind zwar flammwidrig, haben aber nicht die gewünschten dielektrischen Eigenschaften. So kann man für Schachtkabel beispielsweise Materialien aus Polyvinylchlorid (PVC) verwenden, die jedoch eine verhältnismäßig hohe Dielektrizitätskonstante besitzen.

Weiterhin ist sowohl für Isolier- als auch für Mantelzusammensetzungen die Abwesenheit von intrinsischen oder zugesetzten Halogenen erwünscht, was auf dem Wunsch nach einer Verminderung von korrosiven Verbrennungsgasen beruhen kann. So verschiebt sich beispielsweise bei Lichtleiterkabeln das Hauptaugenmerk von der Dielektrizitätskonstante zur Korrosivität. Da bei derartigen Kabeln die Dielektrizitätskonstante nicht von Belang ist, kann man hierbei zur Vermeidung des Korrosivitätsproblems auf nicht halogenierte Materialien zurückgreifen.

Gesucht und anscheinend gemäß dem Stand der Technik noch nicht bereitgestellt ist somit ein Kabel, in dem das Übertragungsmedium mit einem Kunststoffmaterial abgedeckt wird, das durch die elektrischen und anderen Eigenschaften vorgeschrieben, wird, wie beispielsweise eines, das eine zweckmäßig niedrige Dielektrizitätskonstante und auch eine geeignete Beständigkeit gegenüber Flammenausbreitung und Rauchentwicklung aufweist. Das gesuchte Kabel ist zweckmäßigerweise preiswert und verhältnismäßig leicht zu verarbeiten.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die im vorhergehenden beschriebenen Probleme des Standes der Technik wurden durch das erfindungsgemäße Kabel wie in den Ansprüchen dargelegt bewältigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Stirnansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten Kabels mit überlegener Flamm- und Rauchwidrigkeit;

Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Teils eines Gebäudes zur Veranschaulichung einer Umgebung, in der das erfindungsgemäße Kabel eingesetzt werden kann.

Fig. 3 ist eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Kabels;

Fig. 4 ist eine Stirnansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 ist eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Nähere Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein Kabel, das allgemein durch die Bezugszahl 20 bezeichnet ist. Das Kabel kann in den Räumlichkeiten eines Kunden verwendet werden, beispielsweise in einem Schacht 21 (siehe Fig. 2) eines Gebäudes. Außerdem kann das Kabel 20 in einem nicht gezeigten Steigschacht eines Gebäudes Anwendung finden. Ferner könnte das Kabel in weniger strengen Brandkategorien des NEC eingesetzt werden.

Gemäß Fig. 1 enthält das Kabel 20 eine Seele 22, die ein oder mehrere Übertragungsmedien enthält, wie z. B. ein oder mehrere Paare 24-24 von isolierten metallischen Leitern 26-26 oder nicht gezeigten Lichtleitfasern. Über der Seele 22 ist ein Mantel 29 angeordnet, der aus einem brandgeschützten Kunststoffmaterial besteht.

Jeder der isolierten metallischen Leiter enthält einen sich in Längsrichtung erstreckenden metallischen Leiter 32 und eine Isolierabdeckung 34. Die Isolierabdeckung 34 besteht zweckmäßigerweise aus einem Material, wie z. B. Polyethylen, das eine verhältnismäßig niedrige Dielektrizitätskonstante ε aufweist. Als Material für die Isolierabdeckung kommen u. a. Polyethylen oder dessen Copolymere in Betracht. Bei der Anwendung für Lichtleiterkabel kommen auch Puffermaterialien mit besonders wünschenswerten mechanischen Eigenschaften in Betracht, wie beispielsweise technische Thermoplaste.

Die Brandschutzeigenschaften von Polyethylen sind bekanntlich unzureichend. Eine offensichtliche Lösung für das Dilemma, neben Flammwidrigkeitseigenschaften eine annehmbare Dielektrizitätskonstante bereitzustellen, bestünde darin, eine oder beide Eigenschaften zu beeinträchtigen. Erfindungsgemäße Kabel beeinträchtigen aber keine der beiden gewünschten Eigenschaften.

Das erfindungsgemäße Kabel bewältigt das Problem konkurrierender Eigenschaften dadurch, daß es eine Barriere enthält, die zwischen einem Brandherd und der Kunststoffisolierung angeordnet ist. Die Barriere der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist im Mantel 29 enthalten.

Die erfindungsgemäße Barriere enthält ein organisches Grundharz und ein Additivsystem. Bei dem Grundharz kann es sich um ein Polymermaterial, ein Polyvinylchlorid (PVC) oder einen Kautschuk handeln. Bei dem Polymermaterial kann es sich um ein organisches Polymer, wie z. B. Polyethylen oder ein Copolymer aus Ethylen und einem oder mehreren Comonomeren aus der Gruppe bestehend aus Propylen, Butylen, Penten, Hexen, C&sub1;-C&sub6;-Alkylacrylaten oder -Alkylmethacrylaten, Acrylsäure, Methacrylsäure und Vinylacetat handeln.

Das Additivsystem enthält mindestens ein erstes anorganisches Oxid mit einem verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt und ein devitrifizierendes zweites anorganisches Oxid mit einem verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt. Das bei niedriger Temperatur schmelzende erste anorganische Oxid des Additivsystems beginnt bei einer viel niedrigeren Temperatur zu schmelzen als typische Gläser, d. h. bei etwa 350ºC bis 450ºC. Siehe die britische Patentschrift GB 2220208. Die anorganischen Oxide können als Fritten bezeichnet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung eine Mischung aus glasartigen und keramischen Materialien.

Gläser, die als niedrigschmelzendes erstes anorganisches Oxid des Additivsystems eingesetzt werden können, sind u. a. Phosphatgläser wie anorganische Oxidgläser, die die folgende Zusammensetzung in Molprozent aufweisen: 1,2 bis 3,5% B&sub2;O&sub3;, 50 bis 75% P&sub2;O&sub5;, 0 bis 30% PbO und 0 bis 5 g mindestens eines Oxids aus der Gruppe bestehend aus Oxiden von Cu, Ag, Au, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pd und U; und die mindestens ein Oxid, ausgewählt unter Alkalimetalloxiden, und mindestens ein Oxid, ausgewählt unter Erdalkalimetalloxiden und Zinkoxiden, enthalten. Bevorzugte bleioxidhaltige Gläser erhält man, wenn der Bleioxidgehalt im Bereich von 10 bis 30 Molprozent und der P&sub2;O&sub5;-Gehalt in der Zusammensetzung im Bereich von 50 bis 58 Molprozent liegt. Siehe US-PS 4,079,022.

Bei dem einen höheren Schmelzpunkt aufweisenden, zweiten anorganischen Oxid handelt es sich um eine devitrifizierende Fritte, die bei einer Temperatur von etwa 650ºC bis 1000ºC kristallisiert, d. h. von einem glasartigen in einen kristallinen Zustand übergeht, und die krustige Schicht bildet, die den Innenteil des Kabels versiegelt. Das zweite anorganische Oxid bleibt zweckmäßigerweise bis zu einer Temperatur von etwa 1100ºC hart. Bei dem zweiten anorganischen Oxid kann es sich um eine geschnittene Keramikfaser und/oder Basaltfaser handeln. Als Keramikfaser ist Faser aus polykristallinem Mullit (Al&sub2;O&sub3;/SiO&sub2;) bevorzugt. Siehe die britische Patentschrift GB 2220208.

Im Handel ist eine Mischung aus glasartigen und keramischen Materialien von ICI unter der Bezeichnung Ceepree-Brandbarriere-Füllstoff erhältlich. Eine Beschreibung eines derartigen Material gibt A. S. Piers in einem Aufsatz mit dem Titel "Enhanced Performance of Composite Materials Under Fire Conditions", der bei der Konferenz "Polymers in a Marine Environment" am 23.-24. Oktober 1991 in London vorgestellt wurde. Mit einem derartigen Material befaßt sich auch ein Aufsatz in Band 11 der "Proceedings of the Second Conference on Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materials" vom 14-16. May 1991, herausgegeben von M. Levin und G. S. Kirshenbaum, Copyright 1991, von Buruss Communications Co., Inc. Eine Beschreibung dieses Materials findet sich auch in einer Broschüre von ICI Soda Ash Products vom Mai 1990, die einen am 17-18. Januar 1990 in London, England, gehaltenen Vortrag dokumentiert.

Das Additivsystem kann außerdem auch noch andere Bestandteile enthalten. Beispielsweise kann man einen hydratisierten Bestandteil oder ein Hydroxid oder Carbonat eines zwei- oder dreiwertigen Metalls mitverwenden. Dieser Bestandteil gibt bei der Zersetzung endotherm Wasserdampf bzw. Kohlendioxid ab, was die Ausbreitung eines Brands durch Kühlen des Substrats und Verdünnen von brennbaren Gasen verzögert. Außerdem kann man ein Additiv zur Verstärkung der Verkohlungsproduktbildung wie ein anorganisches Phosphat oder ein organisches Phosphat mitverwenden. Das Phosphat kann unter Verkohlung aufgrund der Mitverwendung eines Blähmittels intumeszieren, d. h. eine Aufblähung bewirken. Andere Bestandteile, die mitverwendet werden können, sind Zinkborat, das sowohl Wasserdampf abgibt als auch als zusätzliches barrierebildendes Verkapselungsmittel wirkt und gleichzeitig die Rauchentwicklung verringert, Glimmer, der eine Wärmebarriere liefert, und Übergangsmetallkomplexe, die mit den hydratisierten Metallzusammensetzungen einen brandschützenden Synergismus liefern. Diese anderen Bestandteile des Additivsystems zersetzen sich bei Einwirkung von starker Hitze und hohen Temperaturen beispielsweise unter Bildung eines steifen Schaums aus Keramikasche, der aus einer Masse von Zellen besteht. Die Zellen unterstützen die Schaffung einer Barriere gegen Wärmeübertragung.

Außerdem beginnen die Glasfilamente oder -teilchen in den erfindungsgemäßen Kabeln bei einer Temperatur im Bereich von etwa 350ºC zu schmelzen, wie oben bereits erwähnt wurde. Dies stellt eine Abweichung von typischen Glasformulierungen dar, die im Bereich von 1500ºC schmelzen. Ferner schmelzen die Glasfilamente bei normalen Brenntemperaturen nicht erneut auf.

Durch das Schmelzen ergibt sich ein Strom aus dem glasartigen Material, der das brennende Grundharz umfließt. Das brennende Harz oder noch unzersetzte Teile davon werden verkapselt. Infolgedessen wird der Zutritt von Sauerstoff zur Seele gehemmt, was wiederum den Ausstoß von kohlenstoffhaltigen Zersetzungsprodukten in Form von Rauch hemmt. Dabei ergibt sich eine sehr stabile Verkohlungsproduktstruktur bei gleichzeitiger Verringerung der Rauchausbeute. Das erste anorganische Oxid verkapselt brennbares Material, Verkohlungsprodukt, Verstärkungsfasern und eventuell vorhandene Füllstoffe und verschmilzt mit diesen.

Außerdem erfährt das einen höheren Schmelzpunkt aufweisende zweite anorganische Oxid, wie oben bereits erwähnt wurde, bei höheren Temperaturen von etwa 650ºC und darüber eine Entglasung, d. h. es geht von einem glasartigen in einen kristallinen Zustand über. Infolgedessen steigt die Viskosität des Additivs an, und die Zusammensetzung geht durch Aushärtung in einen festen Zustand über. Bei der Aushärtung hält die zweite Fritte vom organischen Grundharz stammendes Verkohlungsprodukt zusammen. Dadurch entsteht eine harte, schützende Barriereschicht. Die krustige Schicht verhindert den Durchgang von Rauch, giftigen Dämpfen und Flammen. Infolgedessen werden Flammenausbreitung und Rauchentwicklung gehemmt. Die Barriereschicht verkapselt somit brennbares Material, Verkohlungsprodukt, Verstärkungsfasern und eventuell vorhandene Füllstoffe und verschmilzt mit diesen. Die entstehende kristalline Struktur liefert thermischen Schutz bis zu einer Temperatur von etwa 1100ºC.

Die Mischung aus glasartigen und keramischen Materialien verzögert nicht die Entzündung, sondern widersteht vielmehr in Zusammenarbeit mit dem Grundharz dem Eindringen von Wärmeenergie unter Beibehaltung der Stromkreisintegrität des Kabels. Die Verzögerung der Entzündung kann man durch Mitverwendung der oben genannten verkohlenden und hydratisierten Additive erreichen.

Eine Glas-Keramik-Mischung kann im Kabel 20 auf verschiedene Art und Weise ausgeführt sein. Beispielsweise kann man die Mischung in ein Band einarbeiten, in dem Glasfilamente oder -teilchen mit Hilfe eines Klebstoffmaterials zusammengehalten werden. Alternativ dazu kann man die Glasfilamente oder -teilchen zusammen mit einem anderen Kunststoffmaterial, das im Kabel verwendet wird, coextrudieren. Beispielsweise könnte man bei einem Lichtleiterkabel das Glas mit dem Seelenrohr coextrudieren, welches aus einem den Kern von Lichtleitfasern umgebenden rohrförmigen Kunststoffelement besteht.

Beispiele für andere Ausführungsformen sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels, das allgemein durch die Bezugszahl 40 bezeichnet ist. Das Kabel 40 enthält eine Seele 42, die mehrere Paare von isolierten Leitern 26-26 enthält, von denen jeder einen metallischen Leiter 32 und eine Isolierabdeckung 34 enthält. Die Seele 42 ist in einem Band 44 eingeschlossen, das spiralförmig oder in Längsrichtung (nicht gezeigt) um die Seele gewickelt ist und eine sich in Längsrichtung erstreckende überlappte Fuge 46 bildet. Das Band 44 ist von einem Mantel 48 umgeben, der ein Kunststoffmaterial wie brandgeschütztes Polyethylen oder Copolymere davon oder Polyvinylchlorid enthält. Das erfindungsgemäße Kabel kann selbstverständlich nicht gezeigte Lichtleitfasern mit oder ohne metallische Leiter enthalten.

Das Band 44 liefert eine Barriereschicht, die den Durchgang von brennbaren Gasen und Rauch verhin dert. Das Band 44 enthält ein Grundharz, wie z. B. ein thermoplastisches Polyethylen oder Copolymere davon, Polyvinylchlorid, oder typische gehärtete Systeme, wie z. B. Epoxid, und ein Additivsystem. Das Additivsystem enthält eine niedrigschmelzende Fritte, wie z. B. die oben beschriebenen Gläser, die bei etwa 350ºC zu schmelzen beginnen, und eine einen höheren Schmelzpunkt aufweisende, devitrifizierende Fritte, die kristallisiert und eine krustige Schicht liefert.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Kabel, das allgemein mit der Bezugszahl 50 bezeichnet ist, enthält eine Seele 52, die ein oder mehrere Paare 24-24 von isolierten metallischen Leitern 26-26 bzw. nicht gezeigte Lichtleitfasern enthält. Über der Seele ist ein Mantel 54 angeordnet, der aus einem Kunststoffmaterial besteht, wie beispielsweise aus Polyethylen oder Copolymeren davon, Polyvinylchlorid oder EPDM- Kautschuk. Um den Kunststoffmantel 54 liegt eine Schicht 56, die bei Einwirkung von Temperaturen von mindestens 350ºC eine Barriereschicht bilden soll. Die Schicht 56 kann als Überzug aufgebracht oder zusammen mit dem Matel 54 coextrudiert werden. Für spezielle Anwendungen kann ein Kabel 60 (siehe Fig. 5), das eine Seele 62 und einen Mantel 64 enthält, eine coextrudierte Barriereschicht 66, die mit einer Innenfläche des Mantels in Berührung steht, enthalten.

Für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 enthält der Mantel etwa 10 bis 50 Gew.-% eines polymeren Grundmaterials, etwa 5 bis 60% eines Additivsystems ausschließlich der anorganischen Oxide und etwa 5 bis 40% der anorganischen Oxide. Im Fall der Verwendung des Bands gemäß Fig. 3 enthält dieses etwa 1 bis 30 Gew.-% eines polymeren Grundmaterials, etwa 5 bis 60% Additive und etwa 5 bis 50% der anorganischen Oxide. Bei Verwendung eines Überzugs oder einer coextrudierten Schicht gemäß Fig. 4 oder 5 hängt der Anteil jedes Bestandteils in Gewichtsprozent von den Eigenschaften des Kabels, wie z. B. den gewünschten mechanischen Eigenschaften, ab. Eine typische Zusammensetzung für die coextrudierte Barriereschicht enthält etwa 10 bis 50% eines polymeren Grundmaterials, etwa 5 bis 70% eines Additivsystems ausschließlich der anorganischen Oxide und etwa 5 bis 60% der anorganischen Oxide.

Das erfindungsgemäße Barrieresystem ermöglicht die Verwendung in der Seele von Kabelmaterialien, die sehr günstige dielektrische Eigenschaften besitzen und verhältnismäßig billig sind, aber nicht die gewünschte Flammwidrigkeit aufweisen, wie beispielsweise in TEFLON-Kunststoff. Mit dem erfindungsgemäßen Barrieresystem kann man vorteilhafterweise in der Seele günstige dielektrische Materialien verwenden, und der Mantel bzw. das Band bzw. der coextrudierte Mantel liefert eine Barriere zur Versiegelung der Seele und zur Verhinderung von Flammenausbreitung und Rauchentwicklung. Selbstverständlich wird bei Verwendung einer coextrudierten Schicht oder eines Überzugs auf dem Mantel das gesamte darunterliegende Kabel einschließlich des Mantels versiegelt.

Die Funktion der Barriereschicht des erfindungsgemäßen Kabels unterscheidet sich vorteilhafterweise von der von Flammschutzadditiven. Es verzögert nicht immer die Entzündung, sondern bewirkt vielmehr, daß das Wirtsmaterial, d. h. das Polymermaterial, dem Eindringen von Feuer und der Freisetzung von damit verbundenem Rauch und brennbaren Substanzen widerstehen kann, und schwächt jeglichen Verlust an Integrität und damit verbundenen mechanischen Eigenschaften ab.


Anspruch[de]

1. Brandgeschütztes Nachrichtenkabel, enthaltend eine Seele, die mindestens ein Übertragungsmedium enthält, und gekennzeichnet durch ein Brandschutzmittel, das ein Material enthält, das eine Mischung aus einem ersten anorganischen Oxid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es bei Temperaturen von mindestens etwa 350ºC schmilzt, und einem zweiten anorganischen Oxid, das bei etwa 650ºC zu kristallisieren beginnt, und einem organischen Grundharz umfaßt, und das bei Temperaturen im Bereich von etwa 350ºC bis 1000ºC unter Bildung einer krustigen Schicht, die die Seele von der Wärmeenergie isoliert und die Entwicklung von brennbaren Gasen und Rauch minimiert, wirkt.

2. Kabel nach Anspruch 1, das außerdem auch noch einen Außenmantel enthält, der eine organische Kunststoffharz-Matrix einschließt, in der das erste und das zweite anorganische Oxid dispergiert sind.

3. Kabel nach Anspruch 2, wobei das Kunststoffharz des Außenmantels aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylchlorid, Polyolefin, Polyurethan und deren Copolymeren ausgewählt ist.

4. Kabel nach Anspruch 3, wobei das Polyolefin aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen und Polypropylen ausgewählt ist.

5. Kabel nach Anspruch 3, wobei die Copolymere Comonomere aus der Gruppe bestehend aus Propylen, Butylen, Penten, Hexen, C&sub1;-C&sub6;-Alkyläcrylaten oder -Alkylmethacrylaten, Acrylsäure, Methacrylsäure und Vinylacetat enthalten.

6. Kabel nach Anspruch 1, wobei das Brandschutzmittel zusätzliche Additive aus der Gruppe bestehend aus einem hydratisierten Metallbestandteil, einem Hydroxid oder Carbonat eines zwei- oder dreiwertigen Metalls, anorganischen Phosphaten, organischen Phosphaten, Zinkborat, Glimmer und Übergangsmetallkomplexen enthält.

7. Kabel nach Anspruch 1, wobei das erste anorganische Oxid etwa 1,2 bis 3,5% B&sub2;O&sub3;, 50 bis 72% P&sub2;O&sub5;, 0 bis 30% PbO und 0 bis 5% mindestens eines Oxids aus der Gruppe bestehend aus Oxiden von Cu, Ag, Au, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pd und U enthält.

8. Kabel nach Anspruch 1, das einen Außenmantel aus einem Kunststoffmaterial und ein sich in Längsrichtung erstreckendes, um die Seele gewickeltes Band enthält, wobei das sich in Längsrichtung erstreckende Band das Brandschutzmittel enthält.

9. Kabel nach Anspruch 8, wobei der Außenmantel aus einem Kunststoffmaterial aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polyethylen-Copolymeren, Polyvinylchlorid und EPDM-Kautschuk besteht.

10. Kabel nach Anspruch 1, das außerdem auch noch einen Außenmantel und eine an den Außenmantel angrenzende Barriereschicht enthält, wobei die Barriereschicht das Brandschutzmittel enthält.







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