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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem
feuerfesten und halogenfreien Sicherheitskabel, dessen
Funktionsfähigkeit unter Brandbedingungen während einer
bestimmten Dauer einwandfrei erhalten bleibt, ohne dass
es deswegen brandfortleitend wäre oder erheblicher
Rauch und halogenierte Gase entwickeln würde. Diese
Sicherheitskabel sind insbesondere Kabel für den
Energietransport oder Kabel für Niedrigfrequenz-
übertragung, wie etwa Prüfkabel oder Signalkabel.
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Diese Anforderungen schließen die Verwendung von
Materialien wie PVC und Fluorpolymeren in den Kabeln
aus. Sie haben zu der Verwendung von halogenfreien
hochfeuerfesten Barrieren um jede Drahtleitung oder
zwischen der Isolierung einer jeden Drahtleitung und
dem Kabelmantel oder von halogenfreien und
feuersicheren Kunststoffmischungen als
Isolationsmaterial und/oder Ummantelung geführt.
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In der Kurzbeschreibung JP-A-31 10713 wird ein
Stromkabel bekannt gemacht, das eine feuerfeste
Barriere zwischen der Drahtleitungsisolierung und dem
halogenfreien Mantel eines Stromkabels aufweist. Diese
Barriere wird durch ein Band gebildet, das ein
Natriumcarbonat oder ein Natriumhydrogencarbonat
enthält, das ab einer Temperatur von etwa 400ºC
Kohlendioxid freisetzt und eine selbstlöschende
Funktion erfüllt.
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In der Patentschrift WO 86/03 329 wird die
Verwendung einer oder mehrerer Bandisolierungen bekannt
gemacht, die Glasfaser und/oder Mica enthalten, um
dadurch eine feuerfeste Barriere um eine Drahtleitung
zu bilden.
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Der Einbau dieser feuerfesten Barrieren verursacht
einen oder mehrere zusätzliche, relativ langwierige und
aufwändige Arbeitsgänge bei der Fertigung des Kabels.
In der Praxis wird die Verwendung einer halogenfreien
und feuerfesten Mischung für die Extrusion als
Isolierung und/oder Kabelmäntel häufig vorgezogen, um
die Arbeitsgänge bei der Fertigung mit Bandisolierung
zu vermeiden.
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Man kennt zahlreiche halogenfreie und feuerfeste
Mischungen, die als Isolierung und/oder Ummantelung auf
dem Gebiet der Stromkabel einsetzbar sind.
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Durch die Patentschriften EP-A-54424 und EP-A-
82407 wird eine solche Zusammensetzung bekannt gemacht,
die eine Mischung aus einem ersten Elastomerbestandteil
und aus einem zweiten Plastomerbestandteil umfasst,
einen mineralischen Füllstoff mit einem metallischen
Hydroxid und eventuell Carboxylgruppen. Der Anteil des
metallischen Hydroxids beträgt 180 bis 320
Gewichtsprozent bezogen auf das Mischungsgewicht und
verleiht damit der Mischung eine brandverzögernde und
nicht brandfortleitende Eigenschaft.
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In der Patentanmeldung EPA-0448381 wird eine
thermoplastische Zusammensetzung derselben Art für die
Ummantelung eines Kabels mit einer Mischung aus einem
Elastomer und einem Plastomer und 150 bis 250
Gewichtsprozent eines metallischen hydroxiden
Füllstoffs bekannt gemacht. Diese Mischung enthält
keine mit dem genannten Füllstoff verbundene
Karbonsäuregruppen. Sie besteht aus 20 bis 35
Gewichtsprozent Polyethylen-Vinylacetat-Copolymer und
65 bis 80 Gewichtsprozent Ethylen-Vinylacetat-
Copolymer.
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Durch die Patentschrift FR-A-2 241 580 wird eine
andere Zusammensetzung derselben Art bekannt gemacht,
die aus einem Polyethylen-Ethylen-Vinylacetat-
Copolymer, hydriertem Aluminiumoxid, einem
Silikonelastomer und je nach gewünschten Eigenschaften
aus eventuellen Additiven und Kopplungsstoffen besteht,
und die mit Hilfe eines tertiären Peroxids verbunden
ist. Die Gewichtsteile auf 100 Teile Copolymer betragen
25 bis 150 Teile hydriertes Aluminiumoxid, 2 bis 25
Teile Silikonelastomer und 2 bis 10 Teile tertiäres
organisches Superoxid.
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Die Patentschrift GB-A-2 060 652 beschreibt eine
andere Zusammensetzung derselben Art, bestehend aus
einem organischen Polymer, insbesondere einem
Ehtylencopolymer, einem Polysiloxan, einem Salz einer
Carboxylsäure eines Metalls der Gruppe II A und
möglicher Additive, wie vor allem Kieselerde und andere
brandverzögernde Bestandteile.
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Die Patentschrift FR-A-2 601 377 macht ebenfalls
eine Zusammensetzung derselben Art, mit formbaren
Keramikwerkstoffen, bekannt. Diese Zusammensetzung
enthält ein Polydiorganosiloxan, besonders mit Methyl-
und Vinylgruppen, einen Füllstoff zur Verstärkung aus
Kieselerde, ein Copolymer aus Siloxan und
Kieselerdeeinheiten und mit Kohlenwasserstoffgruppen,
beispielsweise mit Methyl-, Ethyl-, Vinyl- und
Phenylgruppen, mit Mica in Partikel- oder Pulverform
und einem organischen Peroxyd. Die Gewichtsteile des
Mica betragen 40 bis 220 auf 100 Gewichtsteile
Polydiorganosiloxan.
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In der Patentschrift FR-A-2 450 855 wird ebenfalls
eine feuerfeste Siloxanzusammensetzung bekannt gemacht,
die bei einer Exposition über 500ºC in eine
widerstandsfähige und homogene Substanz umgewandelt
wird. Diese Zusammensetzung enthält einen formbaren
Keramikwerkstoff, der aus der großen Anzahl der
vorhandenen natürlichen oder synthetischen Stoffe
ausgewählt wird, die in feiner Pulverform verwendet und
in der Mischung dispergiert werden. Der Anteil des
formbaren Keramikfüllers kann 3 bis 300 Gewichtsteile
in der Mischung betragen. Er wird, wenn die Mischung
hohen Brandtemperaturen ausgesetzt ist, je nach den
gewünschten keramischen Eigenschaften der Mischung
festgelegt, und je nach gewünschter Elastizität dieser
Mischung bei normalen Gebrauchstemperaturen.
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Unter den bereits bekannten verschiedenen
Isolations- und/oder Kabelmantelmischungen wie
beispielsweise die oben genannten Mischungen werden
die Mischungen, die einen mineralischen Füllstoff aus
metallischem Hydroxid enthalten unter der Einwirkung
von Feuer in Restasche umgewandelt, aber das Kabel
bleibt nicht vollständig erhalten. Durch die Mischungen
mit einem formbaren Keramikfüller wird es dagegen
ermöglicht, dass das Kabel vollständig erhalten bleibt.
Sie sind relativ teuer im Vergleich zu den Polyolefin-
Mischungen mit mineralischen Füllstoffen. Sie weisen
auch eine geringere Elastizität als letztere auf.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das
zuverlässige Verhalten eines Sicherheitskabels unter.
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Brandbedingungen zu verbessern, und dabei soweit
möglich den spezifischen Oberflächenwiderstand und den
spezifischen Volumenwiderstand der Isoliermasse zu
erhalten oder die Verringerung dieser Widerstände zu
minimieren, wenn die Isoliermasse hohen
Brandtemperaturen ausgesetzt ist.
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Sie befasst sich mit einem feuerfesten und
halogenfreien Sicherheitsstromkabel, das mindestens
einen Drahtleiter, eine Isolierung um jeden Leiter und
einen äußeren Kabelmantel umfasst, bei dem mindestens
ein für die Isolierung jedes Drahtleiters und des
Kabelmantels festgelegter Bestandteil in einer ersten
Mischung ausgeführt ist, die durch einen polymeren
Stoff gebildet wird, der mindestens einen formbaren
Keramikfüllstoff enthält und daher in der Lage ist, bei
hohen Temperaturen entsprechend Brandbedingungen
zumindest oberflächlich zu keramisieren, dadurch
gekennzeichnet, dass die Isolierung jedes Drahtleiters
lediglich in der genannten ersten Zusammensetzung
ausgeführt ist, dass Hohlräume zwischen dem genannten
Kabelmantel und der genannten Isolierung für jeden
Drahtleiter vorgesehen sind, und dass der Kabelmantel
in einer zweiten Polyolefinzusammensetzung ausgeführt
ist, die mindestens einen Füllstoff aus metallischem
Hydroxid enthält, um vollständig zu verbrennen und sich
unter der Einwirkung von Feuer in Restasche
umzuwandeln.
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Vorteilhafterweise enthält die genannte zweite
Mischung des genannten Kabelmantels außerdem ein
zusätzliches Bindemittel, um den Tropfenfluss bei der
Verbrennung zu reduzieren, das aber unter
Brandbedingungen nicht für die Umwandlung der zweiten
Zusammensetzung in den keramischen Zustand ausreichend
ist.
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In dem erfindungsgemäßen Kabel ist der polymere
Stoff ein Polysiloxan oder ein Ethylencopolymer oder
eine Mischung aus beidem.
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Die besonderen Eigenschaften und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die in
der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. In dieser
Zeichnung ist folgendes enthalten:
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- Abb. 1 ist ein Schnitt durch ein
erfindungsgemäßes Sicherheitskabel mit zwei
Drahtleitern,
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- Abb. 2 ist ein Schnitt durch ein
erfindungsgemäßes dreiphasiges Stromkabel.
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In diesen Abbildungen haben analoge Elemente
dieselben Bezugszahlen. Die dargestellten Kabel führen
zwei oder drei Drahtleiter 1, weisen eine Isolierung 2
um jeden Drahtleiter auf und einen äußeren Kabelmantel
3. Zwischen diesem Kabelmantel und den von ihm
umgebenen isolierten Drahtleitern befinden sich
Hohlräume 4.
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In den erfindungsgemäßen Kabeln besteht die
Isolierung 2 um jeden Drahtleiter aus einer polymeren
Mischung, die durch ein Polysiloxan und/oder ein
Ethylencopolymer gebildet wird, und die vor allem einen
unter hohen Brandtemperaturen formbaren. Keramikfüller
enthält. Der äußere Kabelmantel 3 selbst besteht aus
einer Polyolefin-Mischung mit mineralischen Füllstoffen,
die sich unter den hohen Temperaturen bei Brand in
Restasche umwandeln.
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Die Patentantragstellerin hat herausgefunden, dass
derartige Sicherheitskabel mit diesem Isolationstyp,
dieser Kabelmantelart und Hohlräumen zwischen der
Isolierung und der Ummantelung im Vergleich zu den
bisherigen Kabeln ein verbessertes Verhalten im
Brandfall aufweisen. Sie begründet diese Verbesserung
einerseits mit der Wahl der zwei Zusammensetzungen für
die Isolierung und den Kabelmantel und andererseits mit
dem Vorhandensein von Hohlräumen im Kabelaufbau.
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Die Hohlräume nehmen mindestens 10% des
Kabelquerschnitts ein. Diese Hohlräume begünstigen die ·
vollständige Verbrennung dieses Kabelmantels bei Brand,
da in diesen Hohlräumen Sauerstoff vorhanden ist und da
sich die Restasche dieses umgewandelten Kabelmantels
von der Isolierung der Drahtleiter löst. Sie
begünstigen dazu bei hohen Temperaturen wie im
Brandfall den Abbau eines Teils des in den Kabelmantel-
und Isolierungsmischungen enthaltenen Kohlenstoffs in
Form von Gas, das aus der Verbindung von Kohlenstoff
und Sauerstoff entsteht. Der auf diese Weise abgebaute
Kohlenstoff legt sich nicht auf der Isolierung ab, die
zumindest oberflächlich in einen keramischen Zustand
übergeht. Es wurde dagegen festgestellt, dass das
Vorhandensein von Kohlenstoff im Kabel bei der
Verbrennung einen entscheidenden und schädlichen
Einfluss auf den spezifischen Volumenwiderstand und den
spezifischen Oberflächenwiderstand der Isolierung der
Drahtleiter ausübt. Die Verringerung der
Kohlenstoffmenge, die während der Verbrennung im Kabel
vorhanden ist, ermöglicht es, dass der
Isolierungswiderstand in einer solchen Größenordnung
erhalten bleibt, dass die Funktion des Kabels weiterhin
einwandfrei erhalten bleibt.
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Gleichzeitig bewirkt die auf diese Weise
begünstigte Verbrennung des Kabelmantels und seiner
vollständigen und relativ schnellen Umwandlung in
Restasche, dass die Isolierung zumindest oberflächlich
schnell keramisiert und von da an das Kabel unter
Brandbedingungen physikalisch vollständig erhalten
bleibt. Die Dauer der Übergangsphase dieser Umwandlung
in zumindest oberflächlichen keramischen Zustand bei
400 bis 600ºC wird reduziert, um eventuelle
Makrofissuren minimal zu halten, die während dieser
Übergangsphase auftreten können. Diese vollständige
Verbrennung des Kabelmantels aus einer Polyolefin-
Mischung erfolgt unter minimaler Entwicklung von Rauch
und toxischem Gas und ohne Brandfortleitung.
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Vorteilhafterweise kann die Mischung des
Kabelmantels auch ein Bindemittel enthalten, vor allem
einen formbaren Keramikfüllstoff, der bereits zu einem
geringen Teil in der Kabelmantelmischung enthalten ist,
um den Tropfenfluss während der Verbrennung und damit
auch eine mögliche Brandfortleitung zu vermeiden, aber
ohne dabei zu einer Veränderung dieser Mischung im
keramischen Zustand zu führen.
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Des Weiteren wirken sich die gewünschten Hohlräume
zwischen der Isolierung eines jeden Drahtleiters und
dem Kabelmantel als vorteilhaft bei den für den
Kabelmantel verwendeten Mischungsmengen aus, da die
natürlichen Zwischenräume in einer Kabeleinheit mit
mehreren isolierten Drahtleitern nicht auszufüllen
sind.
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Allein schon hierdurch werden die Kosten sowie die
Rauch- und Gasentwicklung reduziert.
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Auch wenn dies nicht dargestellt ist, kann man,
indem man die erfindungsgemäßen Mischungsarten
verwendet, solche Zwischenräume in einem Kabel mit
einem isolierten und dann ummantelten Drahtleiter mit
den entsprechenden Mitteln schaffen, aber natürlich
ohne dass Hohlräume zwischen dem isolierten Drahtleiter
und dem Kabelmantel bestehen, beispielsweise indem man
ein Trennstück zwischen der Isolierung und dem
Kabelmantel oder Innenrippen oder Nuten in dem
Kabelmantel vorsieht.