DE3233504C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf der Basis von Glas und Glimmer für elektrische Kabel und Leitungen.

Bei Bränden ist es erforderlich, daß Sicherheitsein­ richtungen, wie Rauchabzugsklappen, auch in einem fort­ geschrittenen Stadium betätigt werden können. Anderer­ seits ist es beispielsweise bei Sprinkleranlagen erfor­ derlich, daß sie im Brandfall betriebsfähig bleiben; dazu muß dann aber die Stromversorgung für die Pumpen gewährleistet sein. Um diese Forderungen zu erfüllen, sind brandsichere Kabel und Leitungen notwendig, d. h. insbesondere solche Kabel und Leitungen, deren Isolie­ rung Temperaturen bis zu 800°C für die Dauer von bis zu 3 Stunden standhält.

Bei Kabel und Leitungen, die auch im Brandfall über eine längere Zeit ihre Funktion beibehalten sollen, sind die elektrischen Leiter beispielsweise mit einer glimmerhaltigen Isolierschicht - in Form einer Umwicklung mit glimmerhaltigen Bändern - versehen (DE-OS 26 29 540). Aus der DE-OS 30 07 341 sind brand­ sichere kunststoffisolierte elektrische Kabel und Lei­ tungen mit einer über jedem blanken Leiter angeordne­ ten, unbrennbare Materialien enthaltenden Isolierschicht bekannt, bei denen die Isolierschicht aus einem Gemisch von mineralischen Stoffen, vorzugsweise auf Silikat­ basis, und einer im Brandfall kurzfristig nicht schmelzenden Komponente als Bindemittel besteht. Als mineralischer Stoff dient dabei Glimmer und als Binde­ mittel Glas, insbesondere Glas niederer Schmelztempe­ ratur (350 bis 450°C). Zur Herstellung der Isolier­ schichten wird ein Gemisch aus dem mineralischen Material und Glaspulver elektrostatisch oder im Wirbel­ bettverfahren auf den elektrischen Leiter aufgebracht; anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung des beschich­ teten Drahtes, etwa bis 400°C, wobei die Glasteilchen aufschmelzen und nach dem Erkalten die mineralischen Stoffteilchen miteinander verbinden. Anstelle des elektrostatischen Auftrages oder des Wirbelbettver­ fahrens können auch andere bekannte Techniken verwendet werden, wie Aufbringen des Pulvergemisches durch Flammspritzen oder Elektrophorese.

Die Herstellung von Isolierschichten in der beschrie­ benen Weise erweist sich dann als problematisch, wenn hochtemperaturfeste Isolierungen erforderlich sind; in diesem Fall kann nämlich kein Glas mit niederer Schmelztemperatur verwendet werden. Dann dauert aber die auf die Beschichtung folgende Wärmebehandlung, d. h. der Sinterprozeß, so lange, daß keine kontinuier­ liche Beschichtung mehr möglich ist. Gerade dies ist aber bei einem technischen Verfahren unerläßlich. Außerdem hat sich gezeigt, daß nach dem bekannten Ver­ fahren hergestellte Isolierschichten aus Glas und Glimmer stärkeren mechanischen Beanspruchungen nicht standhalten und nicht wasserdicht sind, d. h. sie werden bereits nach einer Kondenswasserbildung leitend.

Aufgbe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her­ stellung von Isolierschichten für elektrische Kabel und Leitungen auf der Basis von Glas und Glimmer in der Weise auszu­ gestalten, daß auch bei der Herstellung hochtemperatur­ fester Schichten eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich ist, und daß die erhaltenen Isolierschichten wasserdicht und mechanisch stabil sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Glas- und Glimmerpulver zusammen gesintert werden, daß das pulverisierte Sinterprodukt elektrophoretisch auf dem metallischen Leiter abgeschieden und anschließend gesintert wird, und daß auf die Glas/Glimmer-Schicht elektrophoretisch eine Schicht aus Glimmer und Siliconkautschuk aufgebracht und anschließend gehärtet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in hervor­ ragender Weise zur kontinuierlichen Herstellung hoch­ temperaturfester Isolierungen auf elektrischen Leitern. Der Sinterprozeß dauert hierbei im allgemeinen nämlich lediglich ca. 30 s, während bei bekannten Verfahren - bei der Herstellung entsprechender Isolierschichten - der Sinterprozeß eine Zeit von etwa 3 bis 5 min in Anspruch nimmt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten weisen eine gute mechanische Stabili­ tät, sowohl gegen Druck als auch gegen Schlag, auf und sie sind wasserdicht. Darüber hinaus besitzen diese Schichten eine hohe Abriebfestigkeit und eine gute Biegefestigkeit, d. h. beschichtete Drähte können bis zu einem Biegeradius von weniger als 5 cm gebogen werden. Kabel und Leitungen mit nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten sind bei einer Temperatur von 800°C und einer (Wechsel-)Span­ nung von 220 V über 3 h spannungsfest.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß damit Isolierschichten mit gleich­ mäßiger Zusammensetzung hergestellt werden können. Bei der gleichzeitigen elektrophoretischen Abscheidung von zwei Komponenten, d. h. Glas und Glimmer, ergibt sich dagegen die Gefahr, daß - infolge unterschiedlicher Abscheidungsgeschwindigkeiten - eine Komponente bevor­ zugt abgeschieden wird. Bei einem kontinuierlichen Betrieb über einen längeren Zeitraum würde sich dann eine Änderung der Zusammensetzung der Isolierschicht und damit eine mögliche Verschlechterung der Eigen­ schaften ergeben.

Zusammenfassend stellt sich das erfindungsgemäße Verfah­ ren folgendermaßen dar: Durch Versintern von Glas- und Glimmerpulver wird ein Produkt erhalten, das in pulverisierter Form - und, wie üblich, in Wasser suspendiert - durch Elektrophorese kontinuierlich auf Drähten, d. h. elektrischen Leitern, abgeschieden und zu einer feuerfesten Beschichtung versintert werden kann. Die auf diese Weise erhaltene Schicht ist abriebfest und ausreichend elastisch, wird aber bei der Einwirkung von Wasser leitend. Deshalb wird auf die Glas/Glimmer- Schicht eine zweite Schicht aus Glimmer/Siliconkautschuk aufgebracht, die wasserdicht ist. Das Aufbringen der zweiten Schicht auf die erste erfolgt ebenfalls elektro­ phoretisch (die Erzeugung von Isolierschichten durch Glimmer-Elektrophorese allgemein ist beschrieben in "Siemens-Zeit­ schrift", 44. Jahrg., 1970, Seiten 231 bis 233, sowie DE-PS 10 07 593); dies ist deshalb möglich, weil die erste Schicht porös ist.

Das Verhältnis zwischen Glas und Glimmer beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise etwa 1 : 3 und dasjenige zwischen Glimmer und Siliconkautschuk vor­ zugweise annähernd 1 : 1. Die Temperatur beim Sinter­ prozeß beträgt ca. 1000°C, diejenige bei der Härtung der Glimmer/Siliconkautschuk-Schicht ca. 350°C.

Die einzelnen Adern, die jeweils eine Isolierschicht aufweisen, werden, soweit erforderlich, zusammengefaßt und mit einer geeigneten Isolierung versehen. Hierzu kann nicht, wie sonst üblich, Polyvinylchlorid ver­ wendet werden. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß für die Außenisolierung kohlenstoffarmes Material einzu­ setzen ist, um elektrische Durchschläge zu verhindern. Vorteilhaft wird zu diesem Zweck deshalb Silicon­ kautschuk bzw. Silicongummi verwendet. Im Brandfall wird diese Außenisolierung - durch Verbrennen der organischen Bestandteile - unter SiO₂-Bildung zwar teilweise zerstört, die Isolierschichten auf den Adern bleiben jedoch erhalten, wodurch eine einwandfreie Funktion der Kabel und Leitungen gewährleistet ist. Das SiO₂ wird beim Verbrennen der Außenisolierung zwar in voluminöser Form gebildet, es ist aber trotzdem so fest, daß es als Abstandshalter für die einzelnen Adern dient. Gleichzeitig wirkt das voluminöse SiO₂ auch wärmeisolierend.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

600 ml einer Glimmer/Wasser-Suspension (Feststoffan­ teil: ca. 255 g) werden mit 84 g Glaspulver (Teilchen­ größe: 1 bis 5 µm) versetzt, dann wird gut verrührt und das Gemisch im Trockenschrank bei ca. 230°C einge­ dampft und getrocknet. Nachfolgend wird das Glas/ Glimmer-Gemisch zu einem groben Pulver zerdrückt und eine Stunde bei ca. 1000°C gesintert. Nach langsamem Abkühlen wird ein hartes Produkt erhalten, das zer­ kleinert und dann gemahlen wird (Kugelmühle: zunächst ½ h trocken, dann 3 h naß). Die Suspension wird anschließend eingedampft und das pulverförmige Glas/ Glimmer-Sinterprodukt bei ca. 230°C getrocknet (Korngröße: ca. 1 µm).

Eine wäßrige Suspension des Glas/Glimmer-Sinterproduk­ tes wird zur elektrophoretischen Beschichtung von Kupferdrähten (Durchmesser: ca. 1 mm) eingesetzt; der Feststoffanteil der Suspension liegt etwa bei 425 g/l, die Abscheidespannung beträgt ca. 80 V. Ein bevorzugtes Beschichtungsverfahren ist in der DE-OS 32 33 517 - "Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen Beschichtung von Drähten" - beschrieben.

Zur Sinterung wird der beschichtete Draht anschließend durch ein in einem elektrisch beheizten Ofen (Ofen­ temperatur: ca. 1020°C) angeordnetes Quarzrohr geführt. Durch das Quarzrohr wird - entgegen der Bewegungsrich­ tung des Drahtes - ein Schutzgas, wie Argon, geleitet, um eine Oxidation des Kupfers zu verhindern. Nach dem Verlassen des Ofens wird der beschichtete Draht gekühlt und dann einer zweiten Beschichtungsvorrichtung zuge­ führt.

In der zweiten Beschichtungsvorrichtung wird auf der Glas/Glimmer-Schicht elektrophoretisch eine Schicht aus Glimmer und Siliconkautschuk abgeschieden (Abscheidespannung: ca. 80 V). Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der mit Glas und Glimmer beschichtete Draht - vor der Abscheidung der Glimmer/ Siliconkautschuk-Schicht - angefeuchtet wird; hier­ durch wird nämlich die Abscheidung dieser Schicht ver­ bessert. Zur Beschichtung selbst dient eine wäßrige Glimmer/Siliconkautschuk-Suspension mit einem Fest­ stoffanteil von 250 g/l (Gehalt an Glimmer ca. 45% und an Siliconkautschuk ca. 55%). Nachfolgend wird in einem Ofen bei einer Temperatur von ca. 350°C getrocknet und die Glimmer/Siliconkautschuk-Schicht gehärtet.

Die Spannungsfestigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten wurde bei 800°C und 220 V (Wechselspannung) getestet. Dazu wurde ein gebogener isolierter Draht an einem waagrecht gespannten, ebenfalls isolierten Draht aufgehängt. Über ein Milliamperemeter und eine Sicherung wurde an jeweils ein Drahtende die Spannung von 220 V angelegt (Voltmeter zur Spannungskontrolle). Der Stromkreis wurde dann über einen Schalter geschlossen und die beiden Drähte wurden an ihrer Berührungsstelle mit einem Bunsenbrenner auf ca. 800°C erhitzt.

Bei den Untersuchungen zeigte sich, daß bereits die Glas/Glimmer-Schicht allein die geforderten Bedingungen bezüglich der Temperaturfestigkeit erfüllt, d. h. ein derart isolierter Draht kann mehr als 3 h auf 800°C erhitzt werden, ohne daß ein elektrischer Durchschlag erfolgt; während des gesamten Tests liegt der Wider­ stand oberhalb 10⁶ Ω. Eine Isolierung allein aus Glas und Glimmer hat aber, wie bereits ausgeführt, auch Nachteile. Außerdem platzen hierbei beim Entfernen der Flamme bzw. beim Abkühlen der Drähte große Teile der Isolierung ab.

Unterwirft man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren isolierte Drähte, d. h. Drähte, die sowohl eine Glas/ Glimmer-Schicht als auch eine Glimmer/Siliconkautschuk- Schicht aufweisen, dem beschriebenen Test, so ver­ brennen in der Flamme zwar die organischen Bestandteile des Siliconkautschuks, eine Widerstandsänderung tritt hierbei aber nicht auf. Die verbleibende Isolier­ schicht ist unter den gegebenen Bedingungen - 800°C, 220 V - länger als 3 h beständig. Beim Abkühlen der Drähte tritt keine Zerstörung ein, d. h. die Isolierung bleibt erhalten.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf der Basis von Glas und Glimmer für elektrische Kabel und Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß Glas- und Glimmerpulver zusammen gesintert werden, daß das pulverisierte Sinterprodukt elektrophoretisch auf dem metallischen Leiter abgeschieden und anschließend gesintert wird, und daß auf die Glas/Glimmer-Schicht elektrophoretisch eine Schicht aus Glimmer und Siliconkautschuk aufgebracht und anschließend gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Glas und Glimmer etwa im Verhältnis von 1 : 3 eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei einer Temperatur von ca. 1000°C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Glimmer und Siliconkautschuk annähernd im Verhältnis von 1 : 1 eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmer/Siliconkautschuk-Schicht bei einer Temperatur von ca. 350°C gehärtet wird.