FLAME RESISTANT COAXIAL HIGH FREQUENCY CABLE

Abstract: To improve the flame-resistance of coaxial radio-frequency cables, the space between the inner and outer conductor is filled to less than 70% with a halogen-free material, the outer conductor has a number of shells from metal foil and mesh, and the protective sleeve is produced from a material whose oxygen index at 20 DEG C is at least 35%. <IMAGE>

Description: Flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel Die Erfindung bezieht sich auf ein flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel, bestehend aus einem zylindrischen Innenleiter, aus einer den Innenleiter umgebenden Isolierung, aus einem die Isolierung umgebenden flexiblen, zylindrischen Aussenleiter und einem den Aussenleiter umgebenden Schutzmantel. Für viele Einsatzzwecke werden auch an Hochfrequenzkoaxialkabel erhöhte Anforderungen in bezug auf das Verhalten im Brandfall gestellt. Neben der Anforderung nach Halogenfreiheit aller verwendeten Werkstoffe müssen flammwidrige Kabel eine Prüfung bestehen, bei der die Kabel in einer ebenen Anordnung auf einer vertikal aufgestellten Metalleiter montiert und in einem Spezialofen unter Zwangsbelüftung während 20 Minuten mit 8500C beflammt werden. Die Kabel dürfen dabei nicht durch Weiterleitung des Brandes nach der Beflammung abbrennen. Damit Kabel derart hohen Anforderungen genügen, ist es bei Nachrichten- und Energiekabeln üblich, für die Isolierung der Adern und für den Schutzmantel relativ hochgefüllte Werkstoffe, vornehmlich auf der Basis von Aluminiumoxidhydrat, zu verwenden. Zusätzlich werden vielfach Bandierungen aus Glas, Glimmer oder einem Verbund aus Glas und Glimmer zwischen der sog. Kabelseele und dem Schutzmantel eingesetzt. Ferner ist es bei Nachrichten- und Energiekabeln üblich, zwischen der Kabelseele und dem Schutzmantel einen Zwischenmantel aus extrem hochgefülltem Material anzuordnen, an den keine besonderen Anforderungen bezug lich der mechanischen und elektrischen Eigenschaften gestellt werden. Bei Bochfrequenzkoaxialkabeln können für die Kabelisolierung keine gefüllten Werkstoffe eingesetzt werden. Der Querschnitt des Isolierstoffes zwischen dem Innen- und dem Aussenleiter ist im Vergleich zu den Isolierstoffquerschnitten bei nachrichten- und energietechnischen Kabeln wesentlich grösser. Hinzu kommt, dass die klassischen Massnahmen, wie die Bewicklung mit Glas- oder Glimmerbändern, versagen, weil diese keine ausreichende Sauerstoffbarriere gegenüber dem aus elektrischen Gründen eingesetzten Isolierstoff ergeben. Diese Isolierstoffe bestehen aus Polyäthylen, das bei starker Erhitzung quillt und vergast, was zum Platzen der Umhüllungen führt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für koaxiale Hochfrequenzkabel einen Aufbau anzugeben, mit dem einerseits die elektrischen Bedingungen erhalten bleiben und andererseits die Flammwidrigkeit soweit erhöht wird, dass die Kabel die einleitend angegebenen Prüfbedingungen erfüllen, ohne dass die Kabelkosten unermesslich hoch werden und ohne dass sich die Kabelabmessung, d.h. der Querschnitt des Kabels, wesentlich vergrössert. Ein flammwidriges koaxiales Hochfrequenzkabel hat gemäss der Erfindung auch bei Verwendung von Polyäthylen als Isolierstoff zwischen Innen- und Aussenleiter gute Eigenschaften in bezug auf Brandsicherheit, wenn a) die Isolierung aus einem halogenfreien Werkstoff besteht, der den Raum zwischen Innen- und Aussenleiter zu weniger als 70 % ausfüllt, b) der zylindrische Aussenleiter mehrschalig ausgebildet, aus einer inneren auf der Isolierung aufliegenden und diese am ganzen Umfang umschliessenden, achsparallel verlaufenden Metallfolie mit überlappenden Bandkanten, aus einer diese Folie umschliessenden Bespinnung aus Metalldrähten mit einer optischen Bedeckung von 80 % und mehr und einer diese Drahtbespinnung konzentrisch umgebenden, äusseren Metallfolienbewicklung besteht, wobei sich die Bandkanten der äusseren Bewicklung um mindestens 25 % überdecken, c) der den Aussenleiter umschliessende Schutzmantel aus einem flammwidrigen halogenfreien Werkstoff besteht, dessen Sauerstoffindex bei 200C mindestens 35 % beträgt. Vorteilhaft ist es, die Wanddicke w des Schutzmantels nach folgender Beziehung zu bemessen: 0,85 x (1,0 + 400 d F) w 1,15 x < 1,0 + 400 d F) (oIZ- (LOI)Z wobei d = Durchmesser der Isolierung in mm LOI = Oxigenindex des Schutzmantelmaterials bei 200C in % F = Füllfaktor des Isolierstoffes zwischen Innen und Aussenleiter w = Schutzmantelwanddicke in mm bedeuten. Durch die erfindungsgemässen Massnahmen wird zunächst erreicht, dass sich die Isolierung zwischen Innen- und Aussenleiter bei Erwärmung ausdehnen kann, so dass nicht zwangsläufig und sofort ein sehr hoher Innendruck entsteht, weil für die Ausdehnung mindestens 30 % des Raumvolumens zwischen Innen- und Aussenleiter zur Verfügung stehen. Zur Abdichtung, d.h. zur weitgehenden Verminderung, wenn nicht gar zur Verhinderung des Ausgasens der Isolierung und des Platzens des Aussenleiters, besteht dieser aus mehreren Schichten, die einen dichten Abschluss bei hoher Festigkeit ergeben. Schliesslich trägt der Schutzmantel zusammen mit der Aluminiumfolie im Aussenleiter dazu bei, die Hitzeeinwirkung auf die Isolierung stark zu vermindern. Die äussere Aluminiumfolie spiegelt die Wärme dort zurück, wo der Schutzmantel auf- oder abplatzt. Für die Isolierung zwischen Innen- und Aussenleiter wird vorzugsweise verzelltes Polyäthylen mit einem Füllfaktor von etwa 50 % gewählt, um bei unveränderter Wellendämpfung zu kleinen Aussenabmessungen zu kommen. Die über der Isolierung angeordnete längslaufende, überlappende Metallfolie ergibt im Vergleich zu einem Kabel, bei dem nur ein Geflecht als Aussenleiter eingesetzt ist, eine weitere Verringerung des Durchmessers. Die längslaufende Folie ergibt zusammen mit der relativ dichten Drahtbespinnung eine gute Abdichtung gegen Sauerstoffzutritt nach innen und Polymeraustritt nach aussen, denn die Folie stützt sich unter dem Expansionsdruck des Isolierstoffes gegen das dichte Geflecht ab. Setzt man als Isolierung ein vorzugsweise durch energiereiche Strahlung vernetztes Material ein, so ist ein Ausfliessen weitgehend vermieden. Das Material brennt nur langsam ab oder zersetzt sich am Ort, d.h. es fliesst nicht in den Brandbereich nach. Anhand einer schematischen Zeichnung, die ein Hochfrequenzkoaxialkabel im Schnitt zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben und Ausgestaltungsformen sowie weitere Wirkungen der erfindungsgemässen Massnahmen erläutert. Das Hochfrequenzkabel besteht aus einem Innenleiter 1, der Isolierung 2, einem Aussenleiter 3 und einem Schutzmantel 4. Die Isolierung 2 ist aus einem Material gut geeigneter Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise verzelltem Polyäthylen, aufgebaut. Anstelle des homogen verzellten Polyolefins kann auch eine andere geeignete Aufbauform gewählt werden. Der Aussenleiter 3 besteht aus einer längslaufenden Folie 31 vorzugsweise aus Aluminium, die an den Rändern überlappt und nach aussen durch eine Bespinnung 32 abgedeckt ist. Zur Erzielung einer entsprechend hohen Festigkeit soll die optische Bedeckung dieser Bespinnung 80 % und mehr betragen. Diese Bespinnung 32 ist mit einer Folie 33 umwickelt, die ihrerseits vorzugsweise als Verbundfolie, bestehend aus zwei Metallfolien und einer zwischengelegten Kunststoffolie, aufgebaut ist. Es ist vorteilhaft, die Metallfolien zwischen 9/um und 25/um zu wählen und zwischen diese Folien dann eine Kunststofffolie in der Stärke zwischen 10/um und 40/um anzuordnen. Der Schutzmantel 4 besteht aus zwei Teilhüllen 41 und 42 mit einem zwischengelegten Reissfaden 43. Die Teilhülle 41 stellt einen vollwertigen Schutzmantel dar, der wegen seiner konventionellen Wanddicke unverändert in Standard Steckverbinder eingeschoben werden kann. Die äussere Teilhülle 42 kann mit Hilfe des eingelegten Reissfadens 43 leicht über die Bereiche entfernt werden, über die die Kabel minimale Abmessungen aufweisen müssen und die brandtechnisch weniger kritisch sind. Die Teilhülle 42 des Schutzmantels besteht aus einem vernetzten oder thermoplastischen Werkstoff mit einem Oxigenindex von > 35 %. Fügt man der Teilhülle 42 ein Treibmittel bei, das bei Beflammung vorzugsweise im Temperaturbereich von 1500 bis 2000 zerfällt und dabei den aufschmelzenden Mantelwerkstoff verzellt, so ergibt sich eine wesentlich gesteigerte Wärmedämmung. Die Verwendung von Verbundfolie anstelle einer einfachen Metallfolie hat den Vorteil, dass die Dehnbarkeit wesentlich gesteigert wird. Anstelle einer Aluminiumfolie als Aussenleiter könnte an sich auch eine Kupferfolie eingesetzt werden, jedoch hat Aluminium den Vorteil grösserer Flexibilität und eines niedrigeren Preises. Patentansprüche:

Claims: A flame-resistant coaxial high frequency cable consisting of a cylindrical inner conductor, an insulation surrounding the inner conductor, a flexible cylindrical outer conductor surrounding the insulation, and a protective sheath surrounding the outer conductor, characterized in that a . the insulation consists of a halogen-free material which fills the space between the inner conductor and the outer conductor for less than 70%, b . the cylindrical outer conductor is in the form of a multilayer consisting of an inner metal foil contiguous with the insulation and surrounding same circumferentially and extending parallel to the axis and having overlapping band edges, of a winding of metal wires surrounding said foil and having a visual coverage of 80% or more, and of an outer metal foil wrapping surrounding said wire winding concentrically, the band edges of the outer wrapping overlapping each other by at least 25%, c . the protective sheath surrounding the outer conductor consists of a flame-resistant halogen-free material whose oxygen index at 20°C is at least 35%. A coaxial high frequency cable as claimed in Claim 1, characterized in that the wall thickness ( w ) of the protective sheath is proportioned according to the following equation: where d = diameter of the insulation in nm, LOI = oxygen index of the protective sheath material at 20°C in %, F = filling factor of the insulating material between the inner conductor and the outer conductor, w = wall thickness of the protective sheath in nm. A coaxial high frequency cable as claimed in Claim 1, characterized in that the insulation of the cable and/or the protective sheath consists of cross-linked synthetic resin. A coaxial high frequency cable as claimed in Claims 1 to 3, characterized in that the protective sheath consists of two component sheaths and a slitting cord is provided underneath the outer sheath. A coaxial high frequency cable as claimed in Claim 1, characterized in that at least one of the metal foils used consists of a synthetic resin-metal composite foil. A coaxial high frequency cable as claimed in Claim 5, characterized in that a composite foil consists of at least two metal foils in a thickness range between 9 µm and 25 µm, between which a synthetic resin foil in a thickness range from 10 µm to 40 µm is provided. A coaxial high frequency cable as claimed in Claims 5 and 6, characterized in that the metal foil wrapping for the outer conductor consists of aluminium or an aluminium alloy. A coaxial high frequency cable as claimed in Claim 1 and Claims 5 to 8, characterized in that the material of at least one of the sheaths forming the protective sheath comprises a propellant which is effective upon contact with a flame.

Inventors: BURGER, WALTER, DITSCHEID, HANS LEO
Applicants: N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN, PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH
Application year: 1985
Main classification: H01B11
IPC codes: H01P3, H01B7, H01B11