DE2459136B2

DE2459136B2 - Verfahren zur herstellung einer kabelgarnitur

Info

Publication number: DE2459136B2
Application number: DE19742459136
Authority: DE
Inventors: Norbert Lehrl Hans Ing Kurda (grad), Tuschy, Peter, Schenck, Hans Joachim, Drphil, 1000 Berlin
Original assignee: Zusatz in 25 25 048 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1977-09-01
Also published as: AT348057B; DE2459136A1; ATA699975A; BE836482A; IN145593B

Description

Härter:

82 Gew.-Teile 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan

roh (mit ca. 15% Polyisocyanatgehalt, d. h. Gemisch von Trimerisat und DiphenylmethantriisocyaniU; Viskosität ca. 200cP/25°C, Dichte 1,23/25° C und ca. 30% NCO-Gehalt). Der Härter kann zweckmäßig mit ca. O,5%o eines geeigneten Farbstoffs angefärbt sein, um den Zeitpunkt der vollständigen Durchmischung von Grundmasse und Härter deutlich zu erkennen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von
60 Gew.-Teile Polyäther und
40 Gew.-Teile Polypropylenglykoläther.

Zur Herstellung von Kabelgarnituren, beispielsweise von Endverschlüssen, Verbindungs- und Abzweigmuffen, sind in der Vergangenheit vielfach Gießharze

verwendet worden, die in flüssigem Zustand in eine das Kabelende oder die Kabelverbindung umgebende Gießform oder ein Gehäuse gegossen werden und anschließend aushärten. Derartige Gießharzgarnituren werden insbesondere für Starkstromkabel mit einer

ίο Isolierung aus Polyvinylchlorid eingesetzt Beim Einsatz von Gießharzgarnituren für Kabel mit einer Isolierung aus Polyäthylen oder vernetzten! Polyäthylen ergaben sich dagegen Schwierigkeiten, die auf der hohen Wärmedehnung des Polyäthylens und dessen mangelnden Hafteigenschaften zu anderen Werkstoffen beruhen. Der Einsatz derartiger Garnituren für solche Kabel war daher mit zusätzlichen Maßnahmen verbunden, die einen festen Sitz des Gießharzkörpers auf der Isolierung aus Polyäthylen und damit auch einen ausreichenden

Feuchtigkeitsschutz der Kabelgarnitur gewährleisten. Derartige Maßnahmen bestehen beispielsweise in der Verwendung eines elastifizierten Gießharzes oder in der Verwendung von Zwischenschichten zwischen der Kabelisolierung und dem Gießharzkörper.

Die für Kabelgarnituren verwendeten Gießharze können verschiedene Füllstoffe enthalten. Beispielsweise können in der Gießharzmasse Hohlperlen aus einem thermoplastischen Kunststoff enthalten sein, wodurch die Menge des verwendeten Gießharzes herabgesetzt wird (DT-OS 21 05 895). Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, derartige Hohlperlen in der Gießharzmasse gleichmäßig zu verteilen. Im übrigen können mit einer derartigen Maßnahme die mit der hohen Wärmedehnung des Polyäthylens zusammenhängenden Probleme nicht gelöst werden.

Zur Herstellung von Kabelmuffen ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem die Spleißstelle mit einer festen Gießform umgeben, über die Einfüllöffnung der Gießform ein aiifschäumbares Material eingefüllt und das Aufschäumen des Materials bei geschlossener Einfüllöffnung der Gießform vorgenommen wird. Das aufschäumbare Material füllt dabei die Gießform unter Erzeugung eines Überdruckes vollständig aus und erstarrt anschließend zu einer festen Schaumstoff masse (DT-OS 20 60 817). Beim Aufschäumen des Materials entsteht ein Überdruck, der zur gleichzeitigen Dichtigkeitsprüfung der Muffe ausgenutzt werden kann (DT-AS 16 90 389). Bei solchen Verfahren verbleibt die in der Gießform vor dem Aufschäumen vorhandene Luft innerhalb der Gießform. Dies kann beim Aufschäumen zur Bildung von größeren Luftblasen beispielsweise in unmittelbarer Nähe der Kabeladern führen, so daß der Feuchtigkeitsschutz der Verbindungsstelle gefähr det ist.

Bei anderen bekannten Kabelgarnituren wird beispielsweise die Spleißstelle der Kabeladern zunächst unmittelbar mit einer Umhüllung umgeben, über der dann ein gehäuseartiger, gegenüber den Kabelenden

abgedichteter Außenmantel angeordnet wird, in den Raum zwischen der Umhüllung und den Außenmantel oder in den Raum zwischen der Spleißstelle und dem Garniturengehäuse wird ein aufschäumbares Material in flüssiger Form injiziert, das anschließend beispiels- S weise auf etwa das 3Ofache seines ursprünglichen Volumens aufschäumt und anschließend zu einem starren Material aushärtet Beim Aufschäumen kann Gas aus dem Innern des Mantels über Kanäle nach außen entweichen, so daß der Schaumstoff ausreichend expandiert (DIT-OS 24 15 641, FR-PS 20 96 797).

An sich sind im übrigen aufschäumbare Gießharzmassen auf der Basis von Polyisocyanaten bekannt, die zu Polyurethanen aushärten (US-PS 35 05 377, FR-PS 15 42 053).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für kunststoffisolierte Kabel, insbesondere für kunststoffisolierte Starkstromkabel im Niederspannungsbereich, vorzugsweise für Kabel mit einer Isolierung aus vernetzten! Polyäthylen, Gießharzgarnituren zu schaffen, die bei einfacher Montage einen ausreichenden Feuchtigkeitsschutz gewährleisten. Dieser Feuchtigkeitsschutz soll wowohl gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen an der Verbindungsstelle selbst als auch gegen im Kabel in Längsrichtung vordringende Feuchtigkeit gegeben sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren zur Herstellung einer Garnitur für kunststoffisolierte elektrische Kabel aus, bei dem das Kabelende oder die miteinander verbundenen Kabelenden mit einem eine Einfüllöffnung aufweisenden Gehäuse umgeben werden und bei dem in das Gehäuse eine drucklos aufschäumbare Gießharzmasse eingefüllt und anschließend zum Aufschäumen und Erstarren gebracht wird. Gernäß der Erfindung ist vorgesehen, daß während de;; Aufschäumens der Gießharzmasse der von dem Gehäuse umschlossene Raum mit dem das Gehäuse umgebenden Raum frei kommuniziert und daß eine aufschäumbare Gießharzmasse verwendet wird, die

a) beim Einfüllen in das Gehäuse eine Viskosität von 500 bis 5000 cP/20°C aufweist,

b) deren Aufschäumungsgrad zwischen 2,5 und eitwa 10 liegt,

c) die eine Startzeit von mindestens 5 see und eine Topfzeit von 40 bis 200 see hat, und die nach Schäumung und Härtung einen Schaumstoff bildet, der

d) zu mindestens 75%, vorzugsweise zwischen 85 und 95%, aus geschlossenen Zeilen besteht und

e) dessen Haltung an der Isolierung der Kabeladern so groß ist,, daß beim Abreißversuch der Schaum in sich reißt, und zwar bei mindestens 5 kp/cm².

Für die Erfindung kommt es also darauf an, daß zur Herstellung der Kabelgarnituren Gießharzmassen mit bestimmten Eigenschaften verwendet werden und daß diese Gießharzmassen unter bestimmten Bedingungen aufschäumen. In dieser Hinsicht geht die Erfindung von der Erkenntnis: aus, daß ein elastischer und haftfester, somit feuchtigkeitsdichter Sitz des Schaumstoffes auf dem Kabelende bzw. auf den miteinander verbundenen Kabelenden nur dann gewährleistet ist, wenn sich beim Aufschäumen der Gießharzmasse ein feiner, gesclilossenzelliger und homogener Schaum ergibt und wenn die Wände zwischen den einzelnen Poren des Schaumstoffes und gegenüber den angrenzenden Teilen der Kabelenden möglichst dünn ausgebildet sind. Die Größe der Poren liegt zweckmäßig zwischen Op und 2 mm.

während die Wandstärke der Zellenwitnde zweckmäßig weniger als 150 μίτι, vorzugsweise weniger als 100 μπι, beträgt. Der Elastizitätsmodul des Schaumstoffes, ermittelt aus dem Biegeversuch, sollte möglichst kleiner als 7000 kp/cm² sein.

Eine für die Erfindung vorteilhafte homogene Struktur des Schaumstoffes wird im wesentlichen dadurch gewährleistet, daß die Vergußmasse ohne «inen Gegendruck aufschäumen kann. Dadurch wird vermieden, daß sich infolge örtlich unterschiedlicher Luftansammlungen unter dem Druck des sich ausbreitenden Schaumes auch örtlich verschiedene Temperaturen durch Reaktionswärme entstehen, die zu verschiedenen Schaumeigenschaften führen. Insbesondere wird vermieden, daß sich untet anstehendem Überdruck ein Schaum ausbildet, dessen Porengröße zu den Feststoffgrenzen hin, also insbesondere zu den Oberflächen der Kabeladern hin, abnimmt; ein solcher als »Integralschaum« bezeichneter Schaum würde vor allem an den Kabelisolierungen einen relativ dicken, schlecht haftenden Film bilden, der sich beim Betrieb des Kabels leicht abhebt, wodurch ein ausreichender Feuchtigkeitsschutz nicht mehr gewährleistet ist.

Um ein Aufschäumen der Vergußmasse ohne Gegendruck 2.u gewährleisten, ist es notwendig, daß entweder die Einfüllöffnung des Garniturgehäuses während des Aufschäumens offenbleibt, so daß der Schaumstoff gegebenenfalls aus dieser Einfüllöffnung austreten kann, oder daß während des Aufschäumens mehrere öffnungen im Gehäuse offengehalten werden. Diese öffnungen werden nach dem Aushärten der Vergußmasse verschlossen.

Die feinzellige Struktur des Schaumstoffes wird durch Zusatz von Netzmitteln, Schaumstabilisatoren und gegebenenfalls gewissen Füllstoffen sichergestellt. Der Aufschäumungsgrad zwischen 2,5 und etwa 10 entspricht bei ungefülltem Polyurethanschaum Rohdichten von etwa 0,04 bis 0,2. Er wird im wesentlichen durch das entstehende Gasvolumen bestimmt Steige- und Härtungszeit des Schaums sind durch gleichwertige Beschleunigung der Gasentwicklung und der Härtungsreaktior aufeinander abzustimmen. Ein Zurückbleiben der erstgenannten Reaktion hätte eine ungenügende Verschäumung, ein Zurückbleiben der zweitgenannten Reaktion ein Wieder-Zusammenfallen des nicht rechtzeitig formstabiUsierten Schaumes zur Folge. Die Durchführung des neuen Herstellungsverfahrens ist wegen des geringen Zeitbedarfes und der einfachen Ausführung besonders montagefreundlich. So lassen sich z. B. die Grundkomponer.ten der Vergußmasse und der Härter in Mengen bis ca. 8 kg von Hand einfach mittels Rührstabes zusammenmischen. Der Schäumungsprozeß läuft ferner bei Umgebungstemperaturen von -5 bis +40⁰C praktisch in gleicher Weise ab. Die Umgebung wird durch Reaktionswärme weniger als bei kompakten Gießharzen erwärmt so daß mögliches Kabelisolierungs-, Mantel- oder Formmaterial nicht beeinträchtigt wird.

Wie bereits erwähnt hängt der Feuchtigkeitsschutz der nach dem neuen Verfahren hergestellten Kabelgarnituren im wesentlichen davon ab, daß der Schaumstoff dem Wärmespiel der umhüllten Elemente der Kabel, insbesondere der Kabelisolierung, elastisch folgen kann. Dem kommen der innerzelluläre Gasdruck (Anpreßdruck) während der Ausschaumung und die geringe Wanddicke der Zellhülle entgegen. Ferner ist auch eine ausreichende Haftung des Schaumstoffes an den Kabeladern notwendig. Diese Adhäsion beträgt zweck-

mäßig mehr als die Kohäsion des gehärteten Schaumes, d. h. mindestens 5 kp/cm². Sie kann gegebenenfalls durch besondere Haftvermittler verbessert werden, mit deinen die Oberfläche der Kabelenden vorher behandelt wird. Auch kann die abdichtende Wirkung durch Zusatz von Stoffen zur schäumbaren Gießharzmasse verbes sert werden, die der Schaumstoffoberfläche eine dauernde Eigenirfebrigkeit verleihen.

Für das neue Herstellungsverfahren sind beispielsweise folgende Gießharzmassen geeignet:

Beispiel 1
Grundmasse:

60—80, beisp. 60 Gew.-Teile Polyäther aus 6 Mol Pro-

pylenoxid und 1 Mol Tri- melhylolpropan als Vernetzer (Hydroxylzahl ca. 450)

30—50, beisp. 40 Gew.-Teile Polypropylenglykoläther

(10 Propylenreste, Hydroxylzahl 50—60)

etwa 1,0 Gew.-Teile N-Methyl-N'-dimethyl-

aminoäthyl-piperazin (als Beschleuniger)

etwa 2,0 Gew.-Teile Rizinusölsulfonat mit 50%

Wasseranteil

etwa 0,8 Gew.-Teile Polyoxyalkylenpolydime-

thylsiloxyn-Copolymer (als Benetzer und Zellregler)

Härter:

Beisp.82 Gew.-Teile 4,4'-Diisocyanato-diphenyl-

methan roh (mit ca. 15% Polyisocyanatgehalt, d. h. Gemisch von Trimerisat und Diphenylmethantriisocyanat; Viskosität ca. 200 cP/ 25⁰C, Dichte 1,23/25° C und ca. 30% NCO-Gehalt).
Der Härter kann zweckmäßig mit ca. O,5%o eines geeigneten Farbstoffs angefärbt sein, um den Zeitpunkt der vollständigen Durchmischung von Grundmasse und Härter deutlich zu erkennen.

Beispiel 2

Schäumbare Gießharzmasse nach Beispiel 1, jedoch mit Einarbeitung von 0,3 Gewichtsteilen Ruß (z B. Acetylenruß) auf den Gesamtansatz in die Grundmasse. Bei gleicher Verarbeitung werden in gleichmäßiger Vernetzung Zellen erzielt, die nur etwa >/io so groß sind wie die von Beispiel 1. Der Ruß liefert Kerne für vermehrte Zellbildung.

Beispiel 3

Einen ähnlichen Effekt hatte analoger Zusatz von Mikrotalkum; das Talkum blieb wegen seiner Mikroplättchenstruktur besonders gleichmäßig in der Masse verteilt und hatte einen erwünschten thixotropierenden Effekt.

Beispiel 4

In die Grundmasse nach Beispiel 1 werden 50 Gew. Teile Quarzmehl (10 000 Maschen, zu 60% Korngrößen den BeisDielen 2 und 3 verkleinert. Gleichzeitig ist die 1 —25 μίτι) eingearbeitet und die Masse sonst in gleicher Weise verarbeitet. Auch hier ist die Zellgröße ähnlich Wärmeleitfähigkeit größenordnungsmäßig mindestens verdoppelt, was der Wärmeableitung aus den Kabelgarnituren zugute kommt. Der Quarzmehlgehalt kann noch weiter erhöht werden, doch sollten 100 Teile/100 Teilen Gesamtansatz aus mechanischen Gründen nicht über schritten werden. Trotz des hohen spezifischen Gewichtes zeigte der Ansatz während des Schäumens keinerlei Sedimentation.

Beispiel 5

In ähnlicher Weise eingebrachtes Aluminiumoxidhydrat reduziert, wie das Quarzmehl, stark die Brennbarkeit und bewirkt außerdem eine ausgezeichnete Hydrolysebeständigkeit im elektrischen Felde.

Weitere Variationsmöglichkeilen

1. Durch Mikro-Glaskügelchen werden Wärmeleitfähigkeit, Druckfestigkeit und Wärme- und Wasserbeständigkeit wesentlich verbessert.

2. Durch Variation der Menge der langkettigen, elastifizierenden Komponente (Polypropylenglykoläther im Beispiel 1) können Biegsamkeit und Dehnbarkeit des Schaumstoffes weitgehend variiert werden.

3. Durch Austausch des Beschleunigers, z. B. gegen ähnliche Mengen N-Methylmorpholin oder, um noch raschere Reaktion zu bewirken, N,N'-Endäthylenpiperazin, läßt sich die Reaktionszeit nach den Anforderungen, insbesondere auch nach Größe und Form der herzustellenden Kabelgarnituren, variieren. Besonders läßt sich durch Zugabe von N,N-N',N'-Tetrakis-2-hydroxypropyl-äthylendiamin (ca. 25% auf die Summe der Polyalkohole) eine die Reaktion anfänglich stark

j₅ beschleunigende Wirkung — bei langsamer vollständiger Aushärtung des Schaumstoffes — erreichen.

4. Die eingeführte Menge Wasser, aus der im Beispiel 1 CO2 als Treibgas gebildet wird, läßt sich teilweise oder ganz durch Halogenalkane, besonders Trichlormonof'iuormethan, ersetzen. Das bedeutet eine Einsparung an Isocyansäureester und eine größere Unabhängigkeit vom Härtungsprozeß, weil die Treibflüssigkeit allein durch die Exothermic des Härtungsprozesses vergast wird und die Masse feinzellig auftreibt. Durch die Kombination etwa gleicher Mole beider Treibmittel werden etwa vorhandene geringfügige Tendenzen zum Schrumpfen bzw. Treiben bei höherer Temperatur gegenseitig aufgehoben.

5. Durch Einarbeitung kleiner Mengen (vorzugsweise 1 bis 3%) Fungiziden und Insektiziden läßt sich der Schaum gegen entsprechende Tropeneinflüsse immunisieren.

6. Auch läßt sich der Schaumstoff durch Beigabe von Antimonoxid und Halogenkohlenwasserstoffen brennwidrig einstellen.

7. Durch Wahl eines kalthärtenden Epoxidharzes auf Basis Bisphenol A und z. B. Triäthylentetramin als Hai\er unter Zugabe der Netzmittel aus Beispiel 1 und gegebenenfalls von Füllstoffen nach Beispiel 4 und 5 läßt

to sich ein ähnlicher Schaumstoff auf Basis Epoxidharz herstellen.

Neben den erwähnten Gießharzmassen kommen jedoch auch andere Gießharze in Betracht, die die gemäß der Erfindung vorgesehenen Randbedingungen erfüllen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Garnitur für kunststoffisolierte, elektrische Kabel, bei dem das Kabelende oder die miteinander verbundenen Kabelenden mit einem eine Einfüllöffnung aufweisenden Gehäuse umgeben werden und in das Gehäuse eine drucklos aufschäumbare Gießharzmasse eingefüllt und anschließend zum Aufschäumen und Erstarren gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufschäumens der Gießharzmasse der von dem Gehäuse umschlossene Raum mit dem das Gehäuse umgebenden Raum frei kommuniziert und daß eine aufschäumbare Gießharzmasse verwendet wird, die

a) beim Einfüllen in das Gehäuse eine Viskosität: von 500 bis 5000 cP/20°C aufweist,

b) deren Aufschäumungsgrad zwischen 2,5 und etwa 10 liegt,

c) die eine Startzeit von mindestens 5 see und eine Topfzeit von 40 bis 200 see hat, und die nach Schäumung und Härtung einen Schaumstoff bildender

d) zu mindestens 75%, vorzugsweise zwischen 85 und 95%, aus geschlossenen Zellen besteht und

e) dessen Haftung an der Isolierung der Kabeladern so groß ist, daß beim Abreißversuch deir Schaum in sich reißt, und zwar bei mindestens 5 kp/cm².

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschäumen bei geöffneter Einfüllöffnung des Gehäuses erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufschäumens mehrere öffnungen des Gehäuses offengehalten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gießharzmasse mit folgenden Komponenten verwendet wird:

Grundmasse:

60-80 Gew.-Teile Polyäther aus 6 Mol Propylen-

oxid und 1 Mol Trimethylolpro-

pan als Vernetzer (Hydroxyl-

zahlca.450)
30-50 Gew.-Teile Polypropylenglykoläther (10

Propylenreste, Hydroxylzahl

50-60)
etwa 1,0 Gew.-Teile N-Methyl-N'-dimethylamino-

äthyl-piperazin

(als Beschleuniger)
etwa 2,0 Gew.-Teile Rizinusölsulfonat mit 50%

Wasseranteil
etwa 0,8 Gew.-Teile Polyoxyalkylenpolydimethyl-

siloxan-Copolymer

(als Benetzer und Zellregler)