(19)
(11) EP 0 426 190 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
08.05.1991  Patentblatt  1991/19

(21) Anmeldenummer: 90121020.3

(22) Anmeldetag:  02.11.1990
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)5H01B 7/34, H01B 3/08
(84) Benannte Vertragsstaaten:
DE ES FR GB IT NL SE

(30) Priorität: 03.11.1989 DE 3936682

(71) Anmelder: Dietz, Volker
D-85598 Baldham (DE)

(72) Erfinder:
  • Dietz, Volker
    W-8011 Baldham (DE)
  • Schleicher, Jürgen
    W-8011 Brunnthal (DE)

(74) Vertreter: Neidl-Stippler, Cornelia, Dr. 
Rauchstrasse 2
D-81679 München
D-81679 München (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Hochtemperaturbeständiges Kabel


    (57) Die Erfindung betrifft hochtemperaturbeständige Kabel, die hochtemperaturbeständige Quarzfasern, bevorzugt in Gewebeform, als überlappende Bandierung als Temperaturschutz aufweisen, die den Funktionserhalt des Kabels im Brandfall über einen längeren Zeitraum gewährleisten.




    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft hochtemperaturbeständige Kabel. Kabel mit Isolationserhalt im Brandfall haben einen breiten Anwendungsbereich, so bspw. im Bauwesen für Rauchklappen, Feuerwehr-Aufzüge, Notenergieversorgung im Brandfalle u. dgl.

    [0002] Für den Isolationserhalt wurden verschiendene Testverfahren entwickelt, so z.B. der VDE-Test für den Isolationerhalt bei Flammeinwirkung entsprechend dem Test IEC 331.

    [0003] Es besteht auch der Entwurf der DIN 4102 (Deutsche Industrie Norm), vom Dezember 1989, Teil 12 für das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen, hier insbesondere für den Funktionserhalt von elektrischen Kabelanlagen unter Brandbedingungen. Danach wird ein 30, 60 oder 90-minütiger Funktionserhalt eines Kabels nach Durchlaufen einer Einheitstemperaturkurve gefordert; d.h. das Kabel muß nach einer thermischen Belastung entsprechend einer Temperaturkurve gemäß DIN 4102 Teil 2/09.77; Abschnitte 6.2.1. und 6.2.3 bis 6.2.5.. in einem Brandkanal noch leitfähig sein und es darf kein Kurz-schluß aufgetreten sein.

    [0004] Bisher war es nicht möglich, mit den bekannten Kabeln mit Nennspannungen bis 1 kV, für die diese DIN-Vorschrift ausgelegt ist, bei Einzelverlegung einen Funktionserhalt mit E 90 zu erhalten, also bei mehradrigen Kabeln die Vermeidung der Ausbildung von Kurzschlüssen zwischen den Leitern bei ca. 980°C nach der Einheitstemperaturkurve nach mindestens 90 min, so daß aufwendige andere Schirmmaßnahmen, wie bspw. bauliche Maßnahmen - das Vorsehen speziell isolierter und brandschutzgesicherter Kanäle - notwendig wurden.

    [0005] Eine erhöhte Flammfestigkeit von Kabeln kann durch die Verwendung halogenhaltiger Flammhemmer oder halogenhal­tiger Polymere, wie PVC od. dgl. aber auch durch Zumischen von hochhalogenhaltigen Flammhemmern zum Grundpolymeren erreicht werden. Insbesondere Chlor- und Bromverbindungen haben sich hier besonders bewährt. Diese Materialien spalten bei Erhitzung freies Halogen ab, das die Verbrennung hindert. Dieses freie Halogen ist jedoch toxisch, greift andere Materialien, bspw. Metalle, an und ist hochkorrosiv. Ferner neigen halogenhaltige Kunststoffe in erhöhtem Maße zu einer starken Rauchentwicklung währen der Temperaturbelastung, die beim Löschen erheblich hindert und auch die Orientierung in brennenden Gebäuden stark erschwert bzw. unmöglich macht.

    [0006] Auch kann kein halogenierter Kunststoff alleine einen Isolationserhalt vom mehr als 90 Min. gemäß dem DIN-Entwurf gewährleisten.

    [0007] Demzufolge ist es erwünscht, halogenfreie hochtempe­raturbeständige Kabel zu haben, die über einen längeren Zeitraum eine zufriedenstellende Funktion im Brandfalle oder im Falle längerer thermischer Belastung sicherstellen.

    [0008] Zu diesem Zweck wurde einerseits bereits vorgeschlagen, Kabel in Kabelkanälen aus Fibersilikat mit hervorragenden Wärmedämmeigenschaften einzuziehen und durch diese Umhüllung das Kabel vor Temperatureinflüssen zu schützen. Dieses Verfahren ist zwar wirksam, aber außerordentlich aufwendig und erfordert zusätzliche bauliche Maßnahmen. Ferner läßt sich dieser Schutz bei freiverlegten Kabeln nicht einsetzen.

    [0009] Es wurden auch bereits Kabel mit guter Temperaturbeständig­keit mit einer MgO-Isolation um die Leiter-bahnen angeboten. Dieses Magnesiumoxid ist aber stark dohygroskopisch und muß vor Feuchtigkeitszutritt geschützt werden, was sehr aufwendige Abdichtmaßnahmen der Kabel im Bereich von Anschlüssen, Steckern u.dgl. erfordert. Das Kabel wird außerdem sehr schwer und inflexibel, sodaß keine zufriedenstellenden Krümmungsradien erreicht werden können. Derartige Kabel sind bspw. unter der Bezeichnung PYROTENAX von der Fa BICC im Handel erhältlich.

    [0010] Zum Schutz der Leiter wurden auch Glimmerbandie-rungen vorgeschlagen, da Glimmer ein sehr gutes Wärmeisolations­vermögen besitzt, aber ein inflexibles, blättchenförmiges Material ohne irgendeine Biegbarkeit ist. Bisher waren sog. "Mica-tapes", (mica = Englisch "Glimmer") also Glimmer­bänder, im Handel, bei denen mittels nicht temperaturbe­ständiger flexibler Bindematerialien, wie Epoxidkunst­stoffen, die Glimmerplättchen zu einem flexiblen Band­material gebunden wurden, die jedoch im Brandfalle schnell verbrannten und danach die Glimmerblättchen freisetzten.

    [0011] Diese Glimmerblättchen ohne Bindemittel hielten keinerlei dynamischen Beanspruchungen stand und konnten ihre Schutzfunktion nicht mehr erfüllen.

    [0012] Weiterhin wurde auch versucht, andere anorganische Materia­lien als Schutz einzusetzen, so bspw. Glasfasergewebe, die als Bandierung eingesetzt wurden. Diese Glasfasergewebe hatten eine Temperaturfestigkeit von ca 500 bis 600oC und verbrannten sodann.

    [0013] Weiterhin wurden auch aluminiumhydroxidgefüllte Kunststoffe für die Kabel eingesetzt, insbesondere als Adernumhüllung, wobei bei Erhitzung auf ca 250oC. das Aluminiumhydroxid Wasser abspaltet, das die Verbrennung zunächst unterdrückt - die verbleibende Aluminiumverbindung wird und zu einer Oxidmasse mit schlechten Wärmeleiteigenschaften umgewan­delt.

    [0014] Nichtsdesdoweniger war auch diese Kombination nicht ausreichend, um die erwünschte Langzeit-Temperatur­beständigkeit zu erzielen.

    [0015] Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein temperatur beständiges Kabel zu entwickeln, das hochflexibel und leichtgewichtig ist sowie keine Probleme bei der Handhabung aufweist.

    [0016] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß daduch gelöst, daß das hochtemperaturbeständige Kabel hochtemperatur­beständige Quarzfasern aufweist.

    [0017] Es ist besonders bevorzugt, daß alle Gewebe/Bandie­rungen/Geflechte des Kabels aus Quarzfaser bestehen, da daduch die notwendige Lagerhaltung für die Kabelbestandteile verringert werden kann.

    [0018] Quarz ist als hochreines Siliziumdioxid bis auf über 1100 Grad Celsius beständig und besitzt ein sehr gutes Wärmereflektionsvermögen, wodurch die Flammbeständigkeit von Kabeln gegenüber den bisher verwendeten Gewebemate­rialien wie Glasgewebe oder auch Glimmer erheblich verbes­sert wird. Quarz entwickelt keinen Rauch bei Temperatur­belastung und auch keine agressiven Abbauprodukte. Bevorzugt werden diese Quarzfasern als Flammbarriere in Form eines Geflechtes oder einer Bandierung verwendet, die direkt auf den Leitern aufgebracht sein kann und dann eine gegenseitige Berührung der Leiter im Brandfalle vermeidet oder auch als Schutzgeflecht unter dem Kabelmantel um eine Aderumhüllung aufgebracht sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses Quarz material in Form einer Bandierung mit 100%-iger Bedeckung aufgebracht wird.

    [0019] Selbstverständlich kann das Kabel in üblicher Weise mit weiteren flammhemmenden Materialien ausgerüstet sein, wie auch Glimmerprodukten, wie Glimmerbandierungen als Flammschutz.

    [0020] Es ist besonders bevorzugt, daß das Kabel halogen-freie Polymere aufweist, wodurch eine Qualmentwick-lung im Brandfalle vermindert werden kann und auch das Auftreten giftiger/agressiver halogenhaltiger Gase vermieden werden kann.

    [0021] Bevorzugt weist das Kabel eine mit mehr als 30 Gew% mit temperaturbeständigen Mineralien, wie SiO₂, Al(OH)₃ gefüllte Polymer-Aderumhüllung auf, wie bspw. eine Adernumhüllung aus Ethylen-Vinylacetat, gefüllt mit bis zu 80 Gew.% Aluminiumhydroxid.

    [0022] Nachfolgend soll die Erfindung detaillierter anhand der einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäßes Kabel darstellenden einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert werden, wobei die Erfindung keineswegs auf diese eine Ausführungsform begrenzt sein soll.

    [0023] Ein vieradriges Kupferkabel mit miteinander verseil-ten ein- oder mehrdrähtigen Kupferleitungen 1 ist hier quer zur Kabellängsachse geschnitten schema-tisch dargestellt. Es wurden übliche Zugentlastungs-fäden, die bspw. aus Aramid oder auch Glas od. dgl. bestehen können, weggelassen, da sie für die Hoch-temperaturbeständigkeit hier nicht wesent­lich sind.

    [0024] Die Leiter sind von einer an sich bekannten Isola-tion 2, wie Silicongummi oder auch Ethylen-Propylen-Gummi umgeben. Dieses Leiterbündel ist von der Adernumhüllung 3 aus nicht vernetzter Ethylen-Vi-nylacetat mit 70% Vinylacetatanteil umgeben, die mit 80% Aluminiumhydroxid gefüllt ist. Als Flammbarriere ist eine Quarzfaserbandierung 4 überlappend auf die Adernumhüllung aufgewickelt. Das Kabel ist sodann durch einen Mantel aus thermoplastischem halogen-freiem Elastomeren (Polyethylen) nach außen abge-schlossen.

    [0025] Selbstverständlich sind in beliebiger Weise Abwand-lungen dieses Kabels innerhalb des Schutzbereiches möglich.

    [0026] Nachfolgend soll zur Verdeutlichung der Erfindung eine Brandprüfung nach dem Entwurf der DIN 4102 Teil 12 vom Dezember 1989 aufgeführt werden, der zeigt, daß die mit Quarzbandierungen armierten erfindungs-gemäßen Kabel in überraschender Weise hohe Funk-tionserhaltswerte lieferten, die den bekannten Kabeln nach dem Stand der Technik weit überlegen waren. Dabei wurden Kabel eingesetzt, die im we­sentlichen dem Aufbau der in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsform entsprachen.

    [0027] In den nachfolgenden Tabellen bedeuten die Abkür-zungen folgendes:
    T = Trassenverlegung im Brandversuch
    E = Einzelverlegung im Brandversuch
    St = statischer Schirm - ohne Einfluß auf das Brandverhalten
    J = Installationskabel f. Fernmeldeanlagen
    JE = Installationskabel f. Industrieelektronik
    H = Isolierhülle aus halogenfreiem Werkstoff
    2X = vernetztes Polyethylen
    NH = Starkstromkabel m. Schirmung
    C = konzentrischer Leiter aus Kupfer
    HX = Isolierhülle od. Mantel aus vernetztem halogenfreien Polymer
    N = Norm
    CHH = zusätzlicher Schirm
    Q = Stahldrahtgeflecht,
    H = Isolierhülle od. Mantel aus halogenfreiem Polymer
    AxBxCmm²= A =Anzahl der Adern
    BxC= Leiterquerschnittsfläche
    AxBxCmm = Aderzahl x Aderzahl x Leiterquerschnitt
    rm = Silikonisolierung

    [0028] Die Angabe >96 bedeutet, daß der Ofen nach 96 min. Test abgeschaltet wurde, obwohl das Kabel keinen Ausfall zeigte.

    [0029] Alle getesteten Kabel waren mit Quarzbandierung ausgerüstet und besaßen 4 Kupferleitungen, wobei die E30,E60 oder E90-­Abkürzung hinter der Kabelspezifikation den geplanten Brandprüfungswert angeben, der aber durch die erfindungs­gemäß gewählte Quarzbandierung meist übertroffen wird:
    Fernmeldekabel Werte der Prüfung
    Nr. Typ AußenO (mm) Gew. (kg/m) E30/T E90/T E90/E
    01 JE-H(St)H4x2x0,8mm E30 15,5 0,34 38   96
    02 JE-H(St)HQH4x2x0,8mm E30 18,5 0,51 45   96
    03 JH(St)H4x2x0,8mm E30 15,5 0,34   96 96
    04 JH(St)H4x2x0,8mm E30 18,5 0,51 34   96
    Starkstromkabel Bauart NYY (gem. VDE 0271) Werte der Prüfung
    Nr. Typ AußenO (mm) Gew. (kg/m) E30/T E60/T E60/E E90/E
    05 NHxHx4x1,5mm2.,E90 16,5 0,36 36     96
    06 HNxHx4x70mm2.E90 41,5 3,9   72 72  
    Starkstromkabel Bauart NYCY (VDE 0271) Werte d. Prüfung
    Nr. Typ AußenO (mm) Gew. (kg/m) E30/T E60/T E60/E E90/E
    07 NHxCHx4x1,5mm².E90 17,0 0,36 34   61  
    8a NHxCHx4x129/79mm².E90 56,0 7,6   84   93
    8b NHxCHx45x70/35mm².E90 42,5 4,29   75 82  
    Starkstromkabel NYY (VDE 0271) Werte der Prüfung
    Nr. Typ AußenO (mm) Gew. (kg/m) E30/T E90/E
    09 NHxHx2x1,5mm².E90 15,0 0,28 22 96
    10 NHxHc3x1,5mm².E90 15,3 0,3 28 96
    PYRO SET FE 180 (VDE 0472) Werte d. Prüfung
    Nr. Typ AußenO (mm) Gew. (kg/m) E30/T E30/E E60T E90/E
    11 NHxCHx4x50/25mm².FE180 38,0 3,4     76 96
    12 NHxHx5x10mm².FE180 24,0 0,95 49 42    
    13 J-H(St)H2x2x0,8mmFe 180 7,6 0,08 28 36    


    [0030] Aus obigem ist ersichtlich, daß alle Kabel eine sehr gute Brandfestigkeit zeigten, die bisherigen Kabeln gleicher Bauart, aber mit anderen Schutzmaterialien, überlegen ist.


    Ansprüche

    1. Hochtemperaturbeständiges Kabel, dadurch gekennzeich­net, daß es hochtemperaturbeständige Quarzfasern auf­weist.
     
    2. Hochtemperaturbeständiges Kabel nach Anspruch 1, da­durch gekennzeichnet, daß das Kabel Quarzfasern als Flammbarriere in Form eines Geflechtes oder einer Bandie­rung aufweist.
     
    3. Hochtemperaturbeständiges Kabel nach einem der voran­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel Glimmerprodukte als Flammschutz aufweist.
     
    4. Hochtemperaturbeständiges Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel halogenfreie Polymere aufweist.
     
    5. Hochtemperaturbeständiges Kabel nach einem der voran­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel eine mit mehr als 30 Gew% mit temperaturbeständigen Mi­neralien, wie SiO₂, Al(OH)₃ gefüllte Polymer-Aderumhül­lung aufweist.
     
    6. Hochtemperaturbeständiges Kabel nach Anspruch 5, da­durch gekennzeichnet, daß die Adernumhüllung aus Ethylen-­Vinylacetat, gefüllt mit bis zu 80 Gew.% Aluminiumhydro­xid, besteht.
     




    Zeichnung