DE3022445A1

DE3022445A1 - Kunststoffisoliertes elektrisches kabel mit durch kompaktierung verdichteter isolierung

Info

Publication number: DE3022445A1
Application number: DE19803022445
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 3013 Barsinhausen Madry; Hermann Uwe Dipl.-Chem. Dr. 3000 Hannover Voigt
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1981-12-24

Description

Kunststoffisoliertes elektrisches Kabel mit durch Kompaktierung verdichteter
Isolierung Die vorliegende Erfindung betrifft ein kunststoffisoliertes elektrisches Kabel, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung, mit einer den Leiter bzw.
die darüber befindliche innere Leitschicht überdeckenden Isolierung aus einem teilkristallinen Polymermaterial.
Bekanntlich können beim Extrudieren hochpolymerer Werkstoffe durch gasende Stoffe in der Isolierung Lunker oder Hohlräume entstehen, so daß daher Sorge getragen werden muß, daß diese die elektrische Festigkeit vermindernden Inhomogenitäten beseitigt werden. Abhilfe soll hier z. B. ein bekanntes Verfahren (DBP 848 377) schaffen, bei dem der extrudierte Strang auf seinem Wege zur Aufwickelvorrichtung einer Reihe von Abkühlungen unter Druck bei geregelt abnehmenden Temperaturen bis in die Nähe der Temperatur der Umgebung unterworfen wird. Offenbar wegen der verhältnismäßig aufwendigen Kühlvorrichtungen, die ein solches Verfahren benötigt, hat sich die bekannte Maßnahme in der Technik bisher jedoch nicht durchsetzen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auf einfachem Wege und ohne Beeinträchtigung der Fertigungsgeschwindigkeit durch Hohlräume bedingte Inhomogenitäten in der Isolierung elektrischer Kabel gar nicht erst auftreten bzw. entstehen zu lassen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb der Isolierung und/oder oberhalb unmittelbar an diese angrenzend eine oder mehrere konzentrische Schichten aus einem gegenüber dem Polymer der Isolierung höher schmelzenden teilkristallinen Polymermaterial angeordnet sind. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß teilkristalline Polymere, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid u. a. am Kristallit-Schmelzpunkt eine sprunghafte Änderung des spezifischen Volumens aufweisen, d. h. bei der Abkühlung aus der Schmelze solche Polymere im Kristallisationsbereich eine besonders starke Volumenkontraktion erfahren. Dieser Effekt wird nun nach der Erfindung dadurch praktisch genutzt, daß auf einen schmelzflüssigen bzw. auf einen im Kristallisieren befindlichen Unterbau ein Kompaktiereffekt ausgeübt wird. Die praktische Durchführung sieht z. B.
vor, daß zur Erreichung der Kompaktierung durch Koextrusion zwei Polymere mit unterschiedlichem Schmelz- bzw. Kristallisationsbereich auf einen elektrischen Leiter aufgebracht werden, wobei das bei tieferer Temperatur kristallisierende Material dem Leiter am nächsten, das bei höherer Temperatur kristallisierende Material aber außen angeordnet ist. Bei der sich an den Extrusionsvorgang anschließende Abkühlung, die in der Regel durch Außenkühlüng, z. B. durch Wasser oder Luft, in Gang gebracht wird, kristallisiert zunächst das außen liegende Material mit der höheren Kristallisationstemperatur. Infolge des dabei eintretenden Volumensprungs werden auf das darunterliegende, noch schmelzflüssige Material radial gerichtete Druckkräfte ausgeübt. Dadurch kommt es zu einer Kompaktierung mit dem Ergebnis, daß eventuell vorhandene Mikrohohlräume, wie sie z. B. von leicht verdampfbaren niedermolekularen Bestandteilen herrühren können, noch in der Schmelze zugedrückt werden.
Die den Kompaktiereffekt bewirkende Schicht kann ebenso wie die Isolierung elektrisch isolierend sein, so daß die bei Mittel- oder Hochspannungskabeln übliche äußere Leitschicht erst oberhalb dieser äußeren kompaktierenden Schicht angeordnet ist. Mitunter kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Kompaktierung und die Abschirmung durch die gleiche Schicht zu bewirken, so daß in Weiterführung des Erfindungsgedankens die höher schmelzende Schicht oberhalb der Isolierung durch Leitruße leitfähig gemacht ist und gleichzei- tig als äußere Leitschicht dient.
Wesentlich für die Herstellung ist, daß Isolierung und kompaktierende Schicht gemeinsam extrudiert werden (Koextrusion), damit der gewünschte Effekt tatsächlich auch eintreten kann. Als Isoliermaterial ist z. B. Polyäthylen (LDPE), in unvernetzter Form oder auch solches, das nach Aufpfropfen von Silanverbindungen auf die Basismoleküle durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzt werden kann, geeignet. Darüber kann dann z. B. für die Zwecke der Kompaktierung ein kunststofffreies Polypropylen oder auch ein Polyblend aus Polypropylen mit elastifizierenden Komponenten, z. B. auf Kautschukbasis - Äthylen-Propylen-Terpolymerkautschuk (EPDM) - angeordnet sein. Geeignet für die Zwecke der Erfindung sind aber auch andere teilkristalline Polymere, wie Polyäthylen hoher Dichte (HDPE), Polybuten, Polyester etc., allein oder in Polymerverschnitten. Für den Fall, daß, wie bereits ausgeführt, die äußere Leitschicht auch die Kompaktierung übernimmt, ist für die Leitschicht z. B. mit bestimmten Leitrußen, vorzugsweise auf Basis nichthygroskopischer Azetylen-Ruße, wie Ketjen black oder Shawinigan, gefülltes Äthylen-Propylen-Kautschuk-Blend (EPK-PP) geeignet.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung ist die, innerhalb der Isolierung eine oder mehrere Schichten aus dem höher schmelzenden Polymermaterial vorzusehen, wobei diese Schichten mit Schichten der Isolierung abwechseln. Auch in diesem Fall ist die gemeinsame Extrusion der Schichten mit unterschiedlichem Schmelzbereich erforderlich (mehrfache Koextrusion), wobei alternierend in einer Isolierhülle mehrmals die Schichten z. B. Polyäthylen unvernetzt oder durch Feuchtigkeit vernetzbares Polyäthylen, beides LDPE (low density PE) oder HDPE (high density PE) oder Polypropylen aufeinanderfolgen. Durch diesen Mehrschichtenaufbau wird infolge des im Vergleich zu Polyäthylen niederer Dichte (LDPE) höheren Wärmeinhaltes (Enthalpie) des höher schmelzenden Polymeren der Temperaturgradient bei der Abkühlung günstig beeinflußt. Dies wirkt sich einerseits positiv auf die Kristallmorphologie aus, andererseits wird die Kompaktierung schichtweise und damit noch wirkungsvoller vorgenoanen.
Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 und 2 als Ausfuhrungsbeispiel dargestellten einadrigen Hochspannungskabel näher erläutert.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist über dem aus Einzeldrähten aufgebauten Leiterseil 1 die innere Leitschicht 2 und darüber die Isolierung 3 angeordnet. Die Isolierung besteht z. B. aus einem Polyäthylen niederer Dichte (low density PE) und einem Schmelzbereich von 1100 bis 1200 C. In einem Arbeitsgang mit der PE-Isolierung ist die Schicht 4 aufgebracht, sie besteht z. B. aus einem Polypropylen oder einem Polyäthylen hoher Dichte (high density PE) mit einem Schmelzbereich von 1500 bis 1600 C. Beim an die Extrusion sich anschließenden Abkühlvorgang kristallisiert wegen des höheren Schmelzbereiches zunächst das Material der Schicht 4. Infolge des dabei auftretenden Volumensprungs werden von dieser Schicht auf die darunter liegende, noch im schmelzflüssigen Zustand befindliche Schicht 3 radial gerichtete Druckkräfte ausgeübt, die zur Kompaktierung dieser Schicht führen.
über der Schicht 4 befindet sich die äußere Leitschicht 5, die auch mit der Schicht 4 kombiniert sein kann. Der weitere Aufbau des Kabels kann in bekannter Weise erfolgen.
Abweichend hiervon zeigt die Fig. 2 eine Anordnung, bei der oberhalb der das Leiterseil 6 umgebenden inneren Leitschicht 7 die Isolierung mehrschichtig aus den Schichten 8 und 9 aufgebaut ist. Hier wechseln ab z. B. die Schichten 8 aus dem Material der Isolierung mit den Schichten 9 mit dem Isoliermaterial höheren Schmelzbereiches, das die Kompaktierung bei der an die Mehrfach-Koextrusion sich anschließenden Abkühlung des Kabels bewirkt. Mit 10 ist die äußere Leitschicht bezeichnet, der weitere Schichtenaufbau des Kabels z. B. mit Schirmdrähten oder Bändern und Außenmantel kann in bekannter weise ausgeführt sein.

Claims

Patentansprüche 1.)Kunststoffisoliertes elektrisches Kabel, insbesondere für Mittel- oder Hochspannung, mit einer den Leiter ozw. die darüber befindliche innere Leitschicht überdeckenden Isolierung aus einem teilkristallinen Polymermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Isolierung und/ oder oberhalb unmittelbar an diese angrenzend eine oder mehrere konzentrische Schichten aus einem gegenüber dem Polymer der Isolierung höher schmelzenden teilkristallinen Polymermaterial angeordnet sind.
2. Kabel nach Anspruch 1, bei dem oberhalb der Isolierung eine Schicht aus dem höher schmelzenden Polymermaterial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht isolierend ist.
3. Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über der isolierenden, höher schmelzenden Schicht die äußere Leitschicht angeordnet ist.
4. Kabel nach Anspruch 1, bei dem innerhalb der Isolierung eine oder mehrere Schichten aus dem höher schmelzenden Polymermaterial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schichten aus Isoliermaterial mit Schichten der Isolierung abwechseln.
5. Kabel nach Anspruch t oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die höher schmeIzende Schicht oberhalb der Isolierung durch Leitruße gleichzeitig als äußere Leitschicht dient.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung bzw. die konzentrischen Isolierschichten zusammen mit den Schichten höher schmelzenden Polymermaterials gleichzeitig gemeinsam extrudiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als höher schmelzende Materialien teilkristalline Polymere, wie Polypropylen, Polyäthylen hoher Dichte, Polybuten und dergl. mit oder ohne elastifizierender Komponente, allein oder in Polymerverschnitten verwendet werden.