Isolierter(s) Leiter, Kabel oder Isolierrohr sowie Verfahren zur Herstellung einer Isolierung

Abstract

 Ein Leiter (KE) ist von einer inneren, ein Plyolefin-Polymer enthaltenden Isolierschicht (IS1) umgeben, auf die weiter außen eine äußere Isolierschicht (AS1) mit einem Silikonorganischen Polymer aufgebracht ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Leiter mit mindestens einer inneren Isolierschicht und mindestens einer weiter außen vorgesehenen, zweiten Isolierschicht.

[0002] Ein Leiter dieser Art ist aus der EP 0 151 904 A1 bekannt. Eine Kupferlitze aus Einzeldrähten wird mit einer inneren Isolationsschicht aus halogenfreiem, vernetzbarem Polyolefin-Copolymer umgeben, dem Metallhydrate zugesetzt sind. Anschließend wird die innere Isolationsschicht vernetzt und dann darüber eine äußere Schutzschicht aus einem Polyamid, einem thermoplastischen, halogenfreien Polyesterelastomer oder einem halogenfreien aromatischen Polyether wie z.B. Polyether-Etherketon durch Extrusion aufgebracht. Die Fertigung dieser bekannten Zweischichtisolierung ist in der Praxis erschwert sowie aufwendig. So sind z.B. insgesamt drei separate Arbeitsgänge erforderlich: Extrusion der inneren Isolationsschicht auf den Leiter, Vernetzung der inneren Isolationsschicht und anschließend Extrusion der äußeren Isolationsschicht. Weiterhin ist die Verwendung von Polyether-Etherketon für die äußere Isolationsschicht kritisch, da bereits bei deren Extrusion die Metallhydrate der inneren Isolationsschicht ungewollt reagieren und Wasser abspalten können.

[0003] Aus der DE 29 43 236 A1 ist ein Kabel oder eine Leitung bekannt, deren Zweischicht-Isolierung durch eine innere Silikongummi-Schicht und zu deren mechanischen Schutz eine äußere Hülle, wie z.B. eine Polyester-Schutzhülle, gebildet ist. Die innere Silikongummi-Schicht erfordert eine aufwendige Vulkanisation-Vernetzung, die getrennte Arbeitsgänge erforderlich macht. Ihre Weiterverarbeitung ist z.B. aufgrund ihrer geringen Kerbfestigkeit oder z.B. auch aufgrund ihrer Neigung zur Depolymerisation (Erweichung) kritisch. Zudem kann die Polyester-Schutzhülle nur unzureichend oder gar nicht flammwidrig eingestellt werden.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Isolierung eines Leiters, Kabels oder Isolierrohrs besser den praktischen Anforderungen im Fertigungs- sowie Normalbetrieb und/oder im Brandfall anzupassen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Leiter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die innere Isolierschicht ein Polyolefin-Polymer und die weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht ein Silikon-organisches Polymer enthält.

[0005] Durch die innere Isolierschicht ist für den Leiter eine isolierende Primärumhüllung gebildet. Die weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht, die ein Silikon-organisches Polymer, insbesondere ein Polyetherimid-Siloxan-Copolymer enthält, sorgt dafür, daß gewünschte Eigenschaften einer Zwei- oder Mehrschicht-Isolierung für den Normalbetrieb und/oder für den Brandfall verbessert eingestellt werden können, wie z.B.: Abriebfestigkeit, Beständigkeit, Flammwidrigkeit, geringe Rauchdichte, geringe oder keine Abspaltung korrosiver oder giftiger Gase (halogenfrei), Isolations- bzw. Funktionserhalt usw. Die äußere Isolierschicht wirkt dabei als Schutzschicht für die innere Isolierschicht, so daß an die Primärumnüllung weit geringere Anforderungen hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften zu stellen sind.

[0006] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kabel mit einem Kabelmantel enthaltend mindestens eine innere Isolierschicht und mindestens eine weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die innere Isolierschicht des Kabelmantels ein Polyolefin-Polymer und die weitere außen vorgesehene, zweite Isolierschicht ein Silikon-organisches Polymer enthält.

[0007] Die Erfindung betrifft auch ein Isolierrohr mit einer Isolierung enthaltend mindestens eine innere Isolierschicht und mindestens eine weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die innere Isolierschicht ein Polyolefin-Polymer und die weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht ein Silikon-organisches Polymer enthält.

[0008] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierung mit mindestens einer inneren Isolierschicht und mindestens einer weiter außen vorgesehenen, zweiten Isolierschicht , welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die ein Polyolefin-Polymer enthaltende, innere Isolierschicht mit der zweiten ein Silikon-organisches Polymer enthaltenden Isolierschicht koextrudiert wird.

[0009] Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

[0010] Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

[0011] Es zeigen:

Fig. 1

schematisch im Querschnitt einen erfindungsgemäß isolierten Leiter, und

Fig. 2

schematisch in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäß isoliertes Kabel.

[0012] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zweischicht-Isolierung für einen Leiter KE. Der isolierte Leiter selbst ist mit IL1 bezeichnet. Als Leiter (Adern) kommen vorzugsweise langgestreckte, elektrische und/oder optische Übertragungselemente wie z.B. vorzugsweise metallische Drähte (Kupfer-Adern), Bandleitungen, Stegleitungen, Lichtwellenleiter, usw. in Frage. Der Leiter kann dabei bevorzugt durch einzelne Übertragungselemente oder durch mehrere einzelne, zusammengefaßte Übertragungselemente (wie z.B. in Form eines Litzenleiters) gebildet sein. Als Leiter KE in Figur 1 ist ein elektrischer Draht, vorzugsweise eine Kupfer-Ader, mit etwa kreisrundem Querschnitt vorgesehen, die von einer inneren Isolierschicht IS1 direkt anliegend umgeben ist. Genauso können auch vorteilhaft Leiter unterschiedlicher Querschnittsformen wie z.B. viereckigem, trapez- oder sonstigem Profil sowie unterschiedlichen Durchmessern bzw. Querschnittsbreiten mit einer erfindungsgemäßen Isolierung umgeben werden. Dabei bildet diese innere Isolationsschicht IS1 eine isolierende Primärumhüllung für den Leiter KE.

Innere Isolierschicht IS1:

[0013] Für die innere Isolierschicht IS1 wird vorzugsweise ein extrudierbares Kunststoff-Material gewählt, daß in einfacher Weise auf den Leiter KE aufextrudiert werden kann. Dazu enthält das Material für die innere Isolierschicht IS1 ein Polyolefin-Polymer, insbesondere -Copolymer, dem gegebenenfalls Zusatzstoffe bzw. Füllstoffe beigefügt sein können. Bevorzugt eignet sich als Isoliermasse für die innere Schicht IS1 ein Polyethylen (PE)-Polymer-Compound. Die Zusatzstoffe können bevorzugt Metallhydrate (wie z.B. Aluminium-Hydroxyd, Magnesium-Hydroxyd), Stabilisatoren, Gleitmittel, Wachse, Aktivatoren, Antioxydantien, Farbe, usw. sein. Unter dem Begriff "Polyolefin-Masse" werden hier also vorzugsweise auch solche Kunststoff-Isoliermassen verstanden, die nicht zu 100 % aus Polyolefinen bestehen, sondern Zusatzstoffe aufweisen. Der Gewichtsanteil dieser Zusatzstoffe wird dabei zweckmäßigerweise so bemessen, daß charakteristische Eigenschaften der Polyolefin-Massen wie z.B. deren gute Verarbeitbarkeit weitgehend gewährleistet bleibt. Vorzugsweise wird ein Oxygenindex ≧ 33 eingestellt. Bevorzugt wird die Primärisolierung den Anforderungen an eine halogenfreie, hitzebeständige Isoliermischung bzw. Materialkombination entsprechend der Vorschrift VDE 0207, Teil 23, Mischungstyp HY2 bzw. Teil 24, Entwurf vom 12.1989 HM4, angepaßt.

[0014] Unter Polyolefinen werden dabei Polymerisate mit Olefin-Kohlenwasserstoffen verstanden, vor allen des Ethylens (Polyethylens PE), des Propylens (Polypropylens PP), des Isobutylens, Buthens, Penthens, Methylpenthens, Polyvenylacetat (PVA), Ethylenpropylen-"rubber" (EPR) usw., Polyolefin-Copolymerisate, wie z.B. Ethylen-Propylen-Copolymerisat, Ethylenvinylazetat-Mischpolymerisat (EVA), LLDPE ("linear low density" PE), LDPE, EPDM (Äthylenpropylen-Terpolymerisat) oder sogenannte thermoplastische Elastomere ("thermoplastic rubber" von z.B. der Fa. Uniroyal/Fa. Shell). TPE/TPR usw.

[0015] Insbesondere durch Abmischen von Polyolefin-Plastomeren wie z.B. Polyethylen (PE), Äthylenvinylazetat-Mischpolymerisat (EVA), Ethylenpropylen- "rubber" (EPR), usw. mit Metallhydraten ist vorteilhaft weitgehend dafür gesorgt, daß eine flammwidrige, halogenfreie und dauerbeständige Isolierung für die innere Isolierschicht IS1 gebildet wird. Sie zeichnet sich durch eine hohe Flammwidrigkeit, geringe Rauchdichte und geringe oder keine Abspaltung korrosiver oder giftiger Gase (halogenfrei) sowie die Aufrechterhaltung gewisser Notlauffunktionen über eine festgelegte Zeitdauer (Isolations- bzw. Funktionserhalt im Brandfall) aus. Bei oder nach einem Brand bzw. Feuer bleiben von gegebenenfalls zugegebenen Metallhydraten sogenannte Oxyde übrig. Diese Oxyde bilden eine besonders günstig ausgeprägte Aschekruste um den Leiter KE. Die anderen Bestandteile wie Kunststoff- oder Elastomermaterialien, Wachse, Gleitmittel, Stabilisatoren, Farbe, usw. verbrennen in der Regel weitgehend in der offenen Flamme. Auf diese Weise stellt eine derartige, innere Isolierschicht IS1 eine besonders effektive Hitzesperre bzw. thermische Barriere und/oder elektrische Isolation für den Leiter KE sicher.Im Brandfall neigt ihre Kruste in der Flamme besonders wenig oder gar nicht zum Tropfen oder Abfallen, d.h. sie bleibt weitgehend am Leiter KE als Isolierhülle haften, so daß der Leiter KE kaum an einer Stelle blank vorliegt.

[0016] Die innere Isolierschicht weist vorzugsweise einen Sauer-(Oxygen-) Index von mindestens 33, insbesondere zwischen 36 und 40 auf. Sie ist vorzugsweise bis zu einer Betriebs-Temperatur von 90°C wärmebeständig und nur schwer flammend bzw. brennend. Für die innere Isolierschicht IS1 wurden beispielsweise folgende Abmischungen durchgeführt und mit besonderem Erfolg getestet:
Mischungsbeispiele für die innere Isolierschicht IS1:

a)	Gewichtsanteile
Äthylenvinylazetat-Mischpolymerisat (EVA)	25 %
Elastomer, z.B. "Buna"	6 %
Alu-Hydroxid	62 %
Wachse/Gleitmittel	2,5 %
Aktivator	0,5 %
Stabilisatoren/Antioxytanzien	2 %
Farbe	2 %

b)
EVA	28 %
Elastomer	6 %
LLDPE	4 %
Alu-Hydroxid	58 %
Stabilisatoren/Antioxytantien	2 %
Farbe	2 %

c)
EVA	35,5 %
Alu-Hydroxid	60 %
Gleitmittel	1,5 %
Stabilisatoren/Antioxytantien	1,5 %
Farbe/Ruß	1,5 %

[0017] Bei diesen Mischungsbeispielen sind den Polyolefin-Isoliermassen für die innere Isolierschicht IS1 vorzugsweise jeweils mindestens 50 Gewichts-% an Metallhydraten zugefügt, um gegebenenfalls eine besonders dicke Aschekruste gewährleisten zu können. Die übrigen Zusatzstoffe sind der Polyolefin-Isoliermasse vorzugsweise mit einem Gewichtsanteil von höchstens 25 %, insbesondere an höchstens 15 %, zugefügt.

[0018] Bei Verwendung von Polyolefinen mit beigemischten Füllstoffen bzw. Zusatzstoffen kann zudem erreicht werden, daß die innere Isolierschicht IS1 besonders kostengünstig hergestellt werden kann.

Äußere Isolierschicht AS1:

[0019] Auf die innere Isolierschicht IS1 ist in Figur 1 direkt eine zweite, äußere Isolierschicht AS1, insbesondere durch Extrusion, aufgebracht, so daß eine Zweischicht-Isolierung gebildet ist. Das Kunststoff-Isoliermaterial für die äußere Isolierschicht AS1 enthält im wesentlichen ein Silikon-organisches Polymer bzw. Plastomer. Als Silikon-organische Verbindung eignet sich vorzugsweise ein Silikon-Polyimid-Copolymer, besonders bevorzugt ein Polyetherymid/Siloxan-Copolymer, daß z.B. unter dem Handelsnamen "Siltem" von der Fa General Electric angeboten wird. Daneben sind gegebenenfalls auch Materialkombinationen bzw. -Gemische (Verschnitte) wie z.B. von Polyetherymiden und Silicon -Polyimid-Copolymer zweckmäßig.

[0020] Die Silikon-organische, plastomere Formmasse der äußeren Isolierschicht AS1 zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß sie besonders flammwidrig ist und eine Flammausbreitung entlang der Längserstreckung des Leiters KE besonders zuverlässig unterbindet bzw. verhindert. Sie minimiert gleichzeitig die Feuchtigkeits-/Flüssigkeitsaufnahme der Zweischicht-Isolierung, die ansonsten zu Lasten der mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften gehen würde, wie z.B. einer Reduzierung des Isolationswiderstands oder einer Erhöhung der Dielektrizitätskonstanten. Ein Aufquellen und damit eine Herabsetzung der mechanischen Festigkeit der Zweischicht-Isolierung wird somit im wesentlichen vermieden. Die äußere Isolierschicht AS1 verbessert vorteilhaft die mechanischen Eigenschaften der Zweischichtisolierung. Sie verhilft ihr insbesondere zu höherer Robustheit und Kerbfestigkeit. Gleichzeitig weist sie vorteilhaft eine glatte, steife Oberfläche auf, so daß mit dem doppelschichtig-isolierten Leiter KE problemlos gearbeitet werden kann. Insbesondere eignet sich der so doppelschichtig ummantelte Leiter zum "wrappen" (= Anschlußtechnik, bei der Kontaktstifte mit dem zweischichtig umhüllten Leiter umwickelt werden) sowie für die sogenannte "Thermipointtechnik", die eine Aderanschlußtechnik der Firma APM ist. Die äußere Isolierschicht AS1 sorgt insbesondere dafür, daß der doppeltisolierte Leiter eine Reiß-Dehnungsverhalten unter 250 % Dehnung aufweist. Auf diese Weise bildet die äußere Isolierschicht AS1 vorteilhaft zusätzlich auch eine mechanische Schutzschicht für die innere Isolierschicht IS1. Die äußere Isolierschicht AS1 weist vorzugsweise einen Oxygenindex von mindestens 49 auf.

[0021] Beide Schichten IS1 und AS1 ergänzen sich in ihren Eigenschaften so, daß sich die gewünschten Charakteristika von flammwidrigen, halogenfreien Isolierungen ergeben, die üblicherweise mit der Abkürzung "FRNC-Leitungen" (FRNC = "flame retardend non corosive") versehen werden. Die Kombination der Primärisolierung (= innere Isolierschicht IS1) mit der äußeren Schicht AS1 bringt in vorteilhafter Weise erst das gewünschte flammwidrige Verhalten sowie die geforderten mechanischen / elektrischen und/oder chemischen Eigenschaften.

[0022] Die Primärisolierung alleine würde bei dünnen Polyolefin-Isolierungen, wie z.B. gefüllte PE-,EVA, usw. Abmischungen häufig abbrennen, z.B. die Brennprüfung nach VDE 0472 Teil 804, Prüfart A nicht bestehen. Demgegenüber wäre eine Einschicht-Isolierung ausschließlich aus einer Silikon-organischen Plastomerverbindung, insbesondere Polyetherymid/Siloxan-Copolymer, selbst zu teuer und würde alleine die Isolation des blanken Leiters KE im Brandfall nicht aufrechterhalten können, da sie kein ausgeprägtes Aschegerüst ausbildet. Eine Brennprüfung, wie sie z.B. nach VDE 0472, Teil 814 gefordert ist, würde hingegen eine Einschicht-Isolierung mit Silikonorganischen Plastomerverbindungen alleine nicht erfüllen können. Der zweischichtige Aufbau hingegen mit einer inneren Schicht IS1 mit einer Polyolefin - Isoliermasse sowie mit einer äußeren Isolierschicht AS1, die eine Silikon-organische Polymerverbindung, vorzugsweise Polyetherymid/Siloxan-Copolymer, aufweist, stellt weitgehend sicher, daß im Brandfall eine Flammausbreitung vermieden sowie der Isolations-bzw. Funktionserhalt der Leitung weitgehend sichergestellt ist.

[0023] Insgesamt betrachtet zeichnet sich die erfindungsgemäße Zweischichtisolierung vor allem dadurch aus, daß sie sehr robust und kerbfest, nicht feuchtigkeitsempfindlich sowie in gewissen Rahmen chemikalienbeständig ist und eine nicht rauhe, d.h. glatte Oberfläche für eine einfache Handhabbarkeit aufweist.

[0024] Diese Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zweischichtisolierung lassen sich vorteilhaft bereits mit einer äußeren Isolierschicht bzw. Hülle AS1 erreichen, die dünner als die innere Isolierschicht bzw. Primärschicht IS1 ausgebildet ist. Vorteilhaft ist die innere Schicht IS1 3 bis 5-fach dicker als die äußere Schicht AS1 ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist die äußere Isolierschicht AS1 für Nachrichtenadern, insbesondere Kupfer-Adern, (elektrische und/oder optische Übertragungselemente) zwischen 0,05 und 0,2 mm dick. Für übliche Nachrichten weist die innere Isolierschicht IS1 zweckmäßigerweise eine Wanddicke zwischen 0,25 und 0,6 mm, vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,45 mm auf. Folgende Dimensionierungen sind beispielsweise für einzelne, isolierte Nachrichtenadern (Leiter) zweckmäßig und mit besonderem Erfolg getestet:
Beispiele für Nachrichtenadern

Tabelle 1

Einzelader (Kupfer Cu)
	Gesamtwanddicke der Isolierung	Schichtdicke
H*0,5/**1,1	0,3 mm	Primärschicht IS1 0,25 mm
		Äußere Schicht AS1 0,05 mm
H 0,6/1,2	0,3 mm	Primärschicht IS1 0,25 mm
		Äußere Schicht AS1 0,05 mm
H 0,8/1,6	0,4 mm	Primärschicht IS1 0,30 mm
		Äußere Schicht AS1 0,1 mm
H 0,9/1,8	0,45 mm	Primärschicht IS1 0,35 mm
		Äußere Schicht AS1 0,10 mm

Adern mit Litzenleitern
LiH***0,5mm² /1,6	0,35 mm	Primärschicht IS1 0,25 mm
		Äußere Schicht AS1 0,10 mm
LiH 0,75mm² /2,0	0,45 mm	Primärschicht IS1 0,35 mm
		Äußere Schicht AS1 0,10 mm
LIH 1,5 mm² /2,6	0,55 mm	Primärschicht 0,45 mm
		Äußere Schicht 0,10 mm

H = Kurzzeichen für flammwidrigen, halogenfreien Werkstoff lt. VDE 0815/ VDE 0207.

* kennzeichnet den Leiter-(Adern-)durchmesser ohne Isolation (Cu-Draht)

** kennzeichnet den Leiter-(Adern-)durchmesser mit Zweischicht-Isolierung

*** Querschnittsfläche des Litzenleiters

[0025] Um eine besonders zuverlässige, mechanisch feste Verbindung der beiden funktional getrennten Isolierschichten IS1, AS1 zu erreichen, ist im Grenzbereich beider Schichten gegebenenfalls eine Verzahnung vorgesehen, d.h., es wird zweckmäßigerweise ein inniger Formschluß zwischen beiden Isolationsschichten eingestellt. Zu diesem Zweck sind in Längsrichtung verlaufende Rillen auf der Oberseite der inneren Schicht IS1 von Figur 1 vorgesehen. In diese greifen Ausbuchtungen komplementären Querschnitts an der Innenseite der äußeren Schicht AS1 formschlüssig ein. Im Querschnittsbild von Figur 1 ist dieses Ineinandergreifen (Ineinanderhaken) schematisch dadurch angedeutet, daß die Außenkontur bzw. Außenoberfläche der inneren Schicht IS1 mit Ein- und Ausstülpungen (Wellungen) versehen ist. Ihre Außenoberfläche ist also aufgerauht bzw. strukturiert. Die Innenkontur bzw. Innenoberfläche der äußeren Schicht AS1 ist möglichst exakt an diesen nicht glatten Außenkonturverlauf der inneren Schicht IS1 angepaßt, so daß eine weitgehend formschlüssige Verbindung bzw. Aneinanderhaftung erreicht ist. Diese formschlüssige Verbindung beider Isolierschichten kann um den Umfang gesehen besonders zweckmäßig regelmäßig oder aber auch in sonstiger Weise erfolgen. Die Verzahnung bzw. Haftung kann bezüglich der Längsachse des Leiters KE vorzugsweise etwa achsparallel, wendelförmig, mäanderartig oder in sonstiger Weise durchgeführt werden. Für einen ausreichenden Formschluß beider Isolationsschichten ist deren Verzahnungstiefe bei Nachrichtenadern (Leiter) zwischen 5 und 150 µm gewählt. Bei Starkstromadern (-Leitern) ist eine Verzahnungstiefe zwischen 10 und 500 µm zweckmäßig.

[0026] Durch den Formschluß beider Isolierschichten IS1, AS1 ist weitgehend sichergestellt, daß die chemisch/physikalischen Eigenschaften der Einzelschichten gezielt ausgenutzt werden können und in diesem speziellen Verbund insgesamt zu einem verbesserten thermischen und/oder elektrischen Isolierverhalten führen. Weiterhin ist eine formschlüssige Verbindung besonders deswegen vorteilhaft, weil es sich bei den hier im allgemeinen für die innere und die äußere Isolierschicht benutzten Thermoplasten um Werkstoffe "nicht kompatibler Polymerstrukturen" handelt.

[0027] Besonders zweckmäßig wird die erfindungsgemäße flammwidrige, halogenfreie Aderisolierung mit Hilfe eines speziellen Coextrusionsverfahrens hergestellt. Dies erweist sich im Gegensatz zu Tandem-Extrusionsverfahren oder gar gegenüber Extrusionsverfahren mit zwei Arbeitsgängen als besonders wirtschaftlich. Es hat aber auch technische Vorteile, die z.B. darin bestehen, daß sich beide Schichten der Isolierung bereits im Schmelzezustand miteinander verbinden, ohne daß die Trennschichten beider Stoffe mit einem weiteren Medium in Berührung kommen. Da es sich bei den beiden Stoffen der Primärhülle und der Außenschicht um sogenannte "Polymere mit nicht kompatiblen Strukturen" handelt, verschweißen diese im allgemeinen auch nicht. Es erweist sich deshalb insbesondere bei den in der Erfindung genannten Schichtdicken als Vorteil, wenn durch die spezielle Gestaltung des Coextrusionswerkzeuges eine formschlüssige Verbindung angestrebt wird. Solchen Formschluß erreicht man durch die Verzahnung bzw. Ineinanderhaken beider Schichten miteinander. Verzahnungsform und Häufigkeit können vorteilhaft durch die Werkzeug-Gestaltung beeinflußt werden.

[0028] Für diese Anwendung mit gezielt angewandtem Formschluß oder gegebenenfalls auch für glatte Isolier- bzw. Trennschichten eignet sich besonders bevorzugt einer spezieller Coextrusionsspritzkopf mit variabel zu gestaltenden Schmelzekanälen, vorzugsweise ausgeführt nach P 41 31 622.3.

[0029] Die Schichtdicken dieser Zweischicht-Isolierung können vorteilhaft im Verhältnis von 3:1 bis 5:1 (IS1:AS1 ) variiert werden. Hierdurch können die chemisch/physikalischen Eigenschaften der beiden Einzel-Isolierstoffe in vorteilhafter Weise gezielt kombiniert und den jeweils geforderten Spezifikationen an isolierte Leiter, Kabel oder Isolierrohren angepaßt werden.

[0030] Bei der Extruderausrüstung für solche Zweischichtisolierungen sind bevorzugt besondere thermische Trennungen notwendig, um beide Stoffe bei Temperaturunterschieden bis 100 °C optimal verarbeiten zu können. Es wird deshalb die Gestaltung der Koextrusionseinrichtung zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß durch die um ca. 100 °C höhere Verarbeitungstemperatur z.B. des Silikonpolyamid-Copolymers der Außenschicht, die Schmelze des Polyolefin-Copolymers der Innenschicht beim kontinuierlichen Prozeß nicht thermisch geschädigt wird. Eine thermische Schädigung würde nämlich die chemisch/physikalischen Eigenschaften und die Flammwidrigkeit des bei niedrigem Temperaturniveau aufschmelzenden Copolymers der Primärschicht negativ beeinflussen.

[0031] Bei Rezepturen für die Primärhülle (innere Schicht IS1) mit Werkstoffkombinationen aus EVA, PE oder LLDPE (Linear Low Density PE) und Metallhydraten, sowie speziellen Metalldesaktivatoren, Stabilisatoren, Antioxytantien und gegebenenfalls Vernetzungsmitteln ist es vorteilhaft auch möglich, die innere und/oder äußere Schicht IS1, AS1 zu vernetzen. Das Vernetzen geschieht mit energiereichen Strahlen (X-Ray-Vernetzung) und verbessert die Wärmebeständigkeit der Innenhülle. Die vernetzte Innenschicht kann kurzfristig Temperaturen überstehen, die vorzugsweise über den Schmelz- und Erweichungspunkten der Polyolefinmaterialien liegen. Die äußere Hülle bzw. Schicht AS1 verkraftet insbesondere eine maximale Einsatztemperatur von etwa 150°C.

[0032] Beispielsweise wird eine Ader H 0,8/1,6 (vgl. Tabelle 1) mit einer Primärschicht von 0,3 mm und einer äußeren Skinschicht AS1 von 0,1 mm vernetzt und zweckmäßigerweise mit einer Strahlendosis von 250 kGy bestrahlt. Diese vernetzte Zweischichtisolierung entspricht in den mechanischen und thermischen Eigenschaften vorteilhaft der VDE 0207/Teil 23/HY1.

[0033] Insgesamt werden von den erfindungsgemäß isolierten Leitern (unvernetzt sowie vernetzt) vorteilhaft alle Einzelader-Trennprüfungen bestanden nach:
VDE 0472, Teil 804, Prüfart A
IEC 332-2
UL 1581 Abschnitt 1060 Vertical Flame Test
UL 1581 Abschnitt 1080 VW1 (Vertical Wire) Flame Test

[0034] Im Unterschied zu üblichen Aderaufbauten von Starkstromkabeln (Leiterquerschnitt von üblicherweise 2,5 mm²) ist das Brandverhalten von dünnen Nachrichtenadern, wie sie z.B. in den üblichen Aufbauten für Installations- und Innenkabel (z.B. nach VDE 0815) für Schaltkabel (z.B. nach VDE 0813), für Leittechnik-, Steuer- und Regelkabel (z.B. nach VDE 0815), für Schaltdrähte (nach VDE 0812) und Schaltlitzen (z.B. nach VDE 0881) verwendet werden, weitaus kritischer. Denn je dünner die Ader, um so schwieriger wird die Auswahl eines geeigneten "FRNC" (Flame retandend non corrosive")-Materials für die Zweischichtisolierung. Gemäß der Erfindung wird dies bereits durch eine dünne Skinschicht bzw. Haut als äußere Isolierschicht AS1 erreicht,die ein Silikon-organischen Polymer, insbesondere ein Polyetherymid-Siloxan-Copolymer,enthält. Die Flammwidrigkeit bzw. das Zündverhalten lassen sich einfach an bekannten Beispielen erklären: ein Holzspan brennt wesentliche schneller ab als ein Holzscheit; ein Telefonbuch kann wesentlich schneller angezündet werden als ein Einzelblatt.

[0035] Ferner ist durch den erfindungsgemäßen Isolationsschicht-Aufbau auch die Bildung einer Aschekruste mit Isolationserhalt im Brandfall (Typenkurzbezeichnung "FRNCFE" (Flame resistant non-corrosive functional endurance...) bei dünnwandigen Nachrichtenkabel-Adern in vorteilhafter Weise möglich. Neben kleinen Aderwanddicken für dünne Nachrichtenadern ist der erfindungsgemäße Isolierschichtaufbau auch auf dickere Gebilde wie z.B. Starkstromadern oder Kabelmäntel, Isolierrohre, Isolierschläuche usw. vorteilhaft übertragbar.

[0036] Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kabel KB, dessen Kabelmantel KM mindestens einen, vorzugsweise mehrere, isolierte Leiter IL1 bis ILn umgibt. Gegebenenfalls können die isolierten Leiter IL1 bis ILn jeweils analog zum erfindungsgemäß isolierten Leiter IL1 von Fig. 1 ausgebildet sein. Die isolierten Leiter IL1 bis ILn können lose, zu einem Bündel z.B. durch Verseilen zusammengefaßt oder auf sonstige Weise als Kabelseele in den Außenmantel KM eingebracht sein. In Figur 2 sind die isolierten Leiter IL1 bis ILn der Einfachheit halber im wesentlichen parallel nebeneinander gezeichnet. Der Außenmantel KM ist als flammwidrige, halogenfreie Zweischicht-Kunststoffisolierung (Isolier- bzw. Schichtenmantel) ausgebildet, die die isolierten Leiter IL1 bis ILn in Figur 2 beispielsweise mit einem Freiraum (Spalt, d.h. mit Spiel) einschließt. Gegebenenfalls kann der Freiraum auch entfallen oder in diesen z.B. auch ein flammresistenter Füllstoff oder ein Pulver eingebracht sein. Der Kabelmantel KM ist als eine flammwidrige, halogenfreie Zweischichtisolierung ausgebildet. Für seine innere Isolierschicht IS2 und seine äußere Isolierschicht AS2 ist jeweils zweckmäßigerweise eine Materialzusammensetzung gewählt, die jeweils der der Isolierschichten IS1 bzw. AS1 von Figur 1 entspricht. Analog zu deren formschlüssigen Verbindung kann auch hier gegebenenfalls eine Haftung zwischen der inneren und der äußeren Schicht IS2, AS2 durch Strukturieren ihrer Oberflächen erfolgen. Der Kabelmantel KM des Kabels KB kann also vorzugsweise in gleicher Weise wie die Zweischichtisolierung für den Leiter KE von Figur 1 aufgebaut werden.

[0037] Die Wandstärke der äußeren Isolierschicht AS2 ist beim erfindungsgemäßen Kabelmantel KM zweckmäßigerweise zwischen 30 und 75 % dünner als die innere Isolierschicht IS2 dimensioniert. Die innere Isolierschicht IS2 weist vorteilhaft eine Schichtdicke zwischen 0,3 und 0,5 mm auf. Dabei ist die Schichtdicke der äußeren Isolierschicht AS2 bevorzugt zwischen 0,08 und 0,2 mm gewählt.

[0038] Besonders bevorzugt kann dieser Zweischichtmantel für dünne Kabelaufbauten eingesetzt werden, die nur eine begrenzte Mantelwanddicke zulassen. Ein derartig dimensionierter Kabelmantel ist neben den üblichen Kabelseelendurchmessern besonders für Kabelseelendurchmesser zwischen 2,8 und 7,5 mm geeignet. Anwendungsfälle sind weiterhin Lichtwellenleiter-Kabel und Kupferkabel für Spezialverdrahtungen in Steuerschränken, Verteilern, usw.

[0039] Auf gleiche Weise wie der Kabelmantel können auch flammwidrige, halogenfreie Isolierrohre z.B. in Form von Schläuchen gefertigt werden. Die Dimensionierung ist vorzugsweise im wesentlichen identisch mit den Kabelmantelabmessungen. Man erhält eine derartige Struktur, wenn man in Figur 2 die Leiter IL1 bis ILn wegläßt.

[0040] Für die Anwendungen des Kabels (Figur 2) sowie des Isolierrohrs gelten vorzugsweise die gleichen Anwendungen wie sie für den Leiter nach Figur 1 beschrieben wurden.

[0041] Weiterhin ist es im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 auch möglich, die innere Isolierschicht nicht direkt am Außenumfang des Leiters bzw. der Kabelseele anliegend anzubringen, sondern mit Abstand, so daß eine Art "isolierte Hohlader" oder ein gefülltes Rohr gebildet ist. Weiterhin kann die innere Isolierschicht IS1 nicht ganz innen, sondern weiter außen im Aufbau einer mehrschichtigen Isolierhülle oder eines Isoliermantels vorgesehen sein, d.h. die innere Isolierschicht IS1 umgibt dann mindestens einen noch weiter innen liegende Umhüllungsschicht. Diese Umhüllungsschicht kann beispielsweise eine dielektrische Ummantelung, eine Abschirmung aus leitfähigem Kunststoffmaterial, z.B. PE gefüllt mit Ruß, Metallpartikeln, eine Bebänderung, Leitschicht, usw. sein.

[0042] Die beiden Isolierschichten von Figur 1 bzw. Figur 2 sind vorzugsweise in einer mehrschichtigen Isolierhülle oder Kabelhülle angeordnet. Insbesondere kann dabei mehr als eine innere Isolierhülle (wie z.B. IS1 in Figur 1) und/oder mehr als eine äußere Isolierhülle (wie z.B. AS1 in Figur 1) im Aufbau einer derartigen Mehrschichthülle vorgesehen sein, d.h. die in den Figuren 1 und 2 aufgezeigten Ausführungsbeispiele sind auch auf Mehrschichtstrukturen von Umhüllungen übertragbar mit mindestens einer inneren Isolierhülle sowie mindestens einer weiter außen liegenden äußeren Isolierhülle. Dabei weist eine derartige Verwendung der äußeren Isolierhülle entsprechende Materialzusammensetzungen und damit ähnliche oder gleiche Materialeigenschaften wie die äußere Isolierhülle AS1 bzw. AS2 der Figuren 1 bzw. 2 auf. Genauso ist eine derartig verwendete innere Isolierhülle entsprechend der von Figur 1 bzw. 2 (IS1, IS2) ausgebildet. Weiterhin kann es gegebenenfalls auch zweckmäßig sein, mehrere Zweischichtisolierungen wie z.B. IS1, AS1 von Figur 1 als Untereinheit im Aufbau einer mehrschichtigen Isolierungshülle vorzusehen.

[0043] Insbesondere Adern in Starkstromkabeln, die einen definierten Isolationserhalt im Brandfall (z.B. über 180 Min) erfüllen müssen, können am Leiter (KE von Figur 1) eine Querbespinnung aus Glimmer- oder Glasseideband aufweisen. Auf dieses Flammschutzband wird vorzugsweise eine Isoliermischung entsprechend IS1 (Figur 1) (z.B. gefüllte PE-Copolymermischung) extrudiert. Analog der Erfindung wird in diesem Fall vorgeschlagen, auf den Leiter (KE von Figur 1)mit der Glimmer- oder Glasseidebandbespinnung die Zweischicht-Isolierung mit der dicken Innenschicht IS1 bzw. IS2 und der äußeren, dünnwandigen Schicht AS1 bzw. AS2 aufzubringen. Im Verhältnis ist die äußere Hülle bzw. Schicht zweckmäßigerweiSe 1/5 bis 1/3 dünner als die Innenhülle. Für Starkstromadern ist die Wanddicke für die innere Schicht zweckmäßigerweise zwischen 0,6 mm und 2 mm gewählt. Ihre äußere Isolierschicht weist zweckmäßigerweise eine Wanddicke zwischen 0,2 und 0,5 mm auf.

[0044] Weiterhin kann es schließlich auch zweckmäßig sein, zwischen der inneren Isolierschicht und der äußeren Isolierschicht (vgl. Figur 1 : IS1, AS1) mindestens eine Zwischenschicht vorzusehen. Diese Zwischenschicht ist in den Figuren 1 und 2 nicht eingezeichnet. Die Zwischenschicht kann beispielsweise vorteilhaft der elektrischen Isolierung, der Zugverstärkung, Bewährung usw. dienen. Die äußere Isolierschicht ist im vorliegenden Beispiel weiter außen im Aufbau der hitzebeständigen Isolierung vorgesehen und bildet eine zweite Isolierschicht. Auf dieser weiter außen liegenden Isolierschicht können vorteilhaft noch weitere Umhüllungs- bzw. Ummantelungsschichten folgen, die gegebenenfalls wieder entsprechend der inneren und äußeren Isolierschicht von Figur 1 bzw. 2 aufgebaut sein können.

Ansprüche

1. Leiter (KE) mit mindestens einer inneren Isolierschicht (IS1) und mindestens einer weiter außen vorgesehenen, zweiten Isolierschicht (AS1),
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Isolierschicht (IS1) ein Polyolefin-Polymer und die weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht (AS1) ein Silikon-organisches Polymer enthält.

2. Leiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Schicht (AS1) ein Silikon-Polyimid-Copolymer, insbesondere ein Polyetherimid-Siloxan-Copolymer, enthält.

3. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der inneren Isolierschicht (IS1) Zusatzstoffe beigefügt sind.

4. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Schicht (IS1) 3- bis 5-fach dicker als die äußere Schicht (AS1) ausgebildet ist.

5. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Schicht (IS1) eine Schichtdicke zwischen 0,25 und 0,6 mm für Nachrichtenadern aufweist.

6. Leiter nach einem der Ansprüche 1 mit 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Schicht (IS1) eine Schichtdicke zwischen 0,6 mm und 0,2 mm für Starkstromadern aufweist.

7. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Schicht (AS1) eine Schichtdicke zwischen 0,05 und 0,2 mm für Nachrichtenadern aufweist.

8. Leiter nach einem der Ansprüche 1 mit 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Schicht (AS1) eine Schichtdicke zwischen 0,2 mm und 0,5 mm für Starkstromadern aufweist.

9. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Isolierschicht (AS1) auf der inneren Isolierschicht (IS1) direkt aufgebracht ist.

10. Leiter nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere und die äußere Isolierschicht (IS1, AS1) in ihrem Grenzbereich (VZ) miteinander verzahnt sind.

11. Leiter nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verzahnung etwa achsparallel, spiralförmig oder mäanderartig verläuft.

12. Leiter nach einem der Ansprüche 1 mit 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der äußeren und der inneren Isolierschicht (AS1, IS1) mindestens eine Zwischenschicht vorgesehen ist.

13. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Leiter jeweils mindestens ein elektrisches und/oder optisches Übertragungselement vorgesehen ist.

14. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Isolierschicht (IS1) mindestens eine noch weiter innen liegende Umhüllungsschicht umgibt.

15. Leiter nach einem der Ansprüche 1 mit 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Isolierschicht (IS1) direkt anliegend am Außenumfang des Leiters (KE) vorgesehen ist.

16. Kabel mit einem Kabelmantel (KM) enthaltend mindestens eine innere Isolierschicht (IS2) und mindestens eine weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht (AS2),
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Isolierschicht (IS2) des Kabelmantels (KM) ein Polyolefin-Polymer und die weitere außen vorgesehene, zweite Isolierschicht (AS2) ein Silikon-organisches Polymer enthält.

17. Kabel nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Isolierschicht (AS2) zwischen 30 und 75 % dünner als die innere Isolierschicht (IS2) dimensioniert ist.

18. Kabel nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Schicht (IS2) eine Schichtdicke zwischen 0,3 und 0,5 mm aufweist.

19. Kabel nach einem der Ansprüche 16 mit 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Schicht (AS2) eine Schichtdicke zwischen 0,08 und 0,2 mm aufweist.

20. Isolierrohr mit einer Isolierung enthaltend mindestens eine innere Isolierschicht (IS2) und mindestens eine weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht (AS2),
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Isolierschicht (IS2) ein Polyolefin-Polymer und die weiter außen vorgesehene, zweite Isolierschicht (AS2) ein Silikon-organisches Polymer enthält.

21. Verfahren zur Herstellung einer Isolierung mit einer inneren Isolierschicht (IS1) und einer weiter außen vorgesehenen, zweiten Isolierschicht (AS1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ein Polyolefin-Polymer enthaltende, innere Isolierschicht (IS1) mit der zweiten, ein Silikon-organisches Polymer enthaltenden Isolierschicht (AS1) koextrudiert wird.

Zeichnung