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Feuersichere Kabelfüllmasse.
Die Erfindung betrifft feuersichere Isolierfüllmassen, insbesondere feuersichere Tränkmassen plastischen Charakters für die Imprägnierung der Isolation von elektrischen Kabeln, die entweder mit einer Faserstoff-oder Metallhülle umgeben sind.
Solche Kabel werden üblicherweise weitgehend in Niederspannungsnetzen und andern Kraftverteilungsanlagen verwendet, von denen viele in Geschäftshäusern und in ändern Gebäuden verlegt sind. Zur Sicherheit des Publikums sollen dabei die für die Imprägnierung des Kabels verwendeten dielektrischen Füllmassen feuerfest, explosionssicher und die durch Zersetzung entstandenen Gase nicht explosiv sein.
Es wurden feuersichere Isolierflüssigkeiten entwickelt, welche verhältnismässig befriedigend für die Imprägnierung von vollständig verschlossenen Kabeln sind, z. B. wurden vor einiger Zeit feuersichere Mischungen bekannt, mit denen die Gewebehüllen von gummiisolierten Kabeln behandelt werden, um deren Brennbarkeit herabzusetzen, wenn sie von aussen hohen Temperaturen für einige
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wicklung von brennbaren Gasen.
Keine dieser vorhergehend erwähnten Mischungen kann ausserdem angewendet werden als
Imprägnierungsisoliermittel für die gewöhnlichen, mit einer Faserstoffhülle versehenen Kabel, noch sind solche Mischungen in vieler Hinsicht für den Gebrauch von mit einer Metallhülle versehenen
Kabel vollständig zufriedenstellend. Es besteht daher für feuersichere Füllmassen, die besondere und bisher unerreichbar Eigenschaften besitzen, ein ausgesprochenes Bedürfnis ; unsere Erfindung ist darauf gerichtet, solche Mischungen herzustellen.
Unsere Erfindung bezweckt die Herstellung feuersichere Isolationsimprägnierungsmischungen, die vor allem für gewebeisolierte Kabel, die entweder mit einer Faserstoff-oder Metallhülle versehen sind, geeignet sind.
Ferner bezweckt unsere Erfindung die Herstellung solcher Imprägnierungsmischungen, welche über den ganzen praktisch bei Kabeln vorkommenden Temperaturbereich plastisch sind und aus der Kabelisolation nicht ausfliessen.
Ferner bezweckt unsere Erfindung, Mischungen mit den oben erwähnten Eigenschaften herzustellen, welche bei Temperaturen von 1000 C oder darüber genügend plastisch sind, um bei Kabeln ohne Hülle nicht auszurinnen, bei einer Temperatur von 0 C oder darunter eine genügende Biegsamkeit behalten und ein Biegen der imprägnierten Isolation ohne Nachteil gestatten. Ein weiterer Zweck ist, die Wasserdichtigkeit der Isoliertränkungsmittel zu verbessern.
Gemäss unserer Erfindung werden die feuersichere Füllmassen für die Imprägnierung der Isolationsmittel so hergestellt, dass sie mehr plastisch als flüssig (hoehviskos) sind. Die physikalischen Eigenschaften dieser neuen Füllmassen machen sie zum Imprägnieren von Papier, Stoffen und andern Isolierungen, welche die Leiter in den Kabeln umgeben, geeignet, u. zw. nicht nur für Kabeln mit einer Metallhülle, sondern auch für solche mit einer Faserstoffhülle, bei welch letzteren zur Verhinderung des Ausfliessens ein Imprägnierungsmittel von ungewöhnlicher Steifheit notwendig ist.
Unsere neuen Füllmassen sind jedoch bei den hohen Imprägnierungstemperaturen (130-150 C) genügend flüssig, um ein vollständiges Durchdringen der Isolation zu gewährleisten. In dem bei Kabeln
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vorkommenden Temperaturbereich (die obere Grenze überschreitet selten 100 C und die untere Grenze unterschreitet selten-20 C) werden diese Materialien plastisch und können deshalb aus der Isolierung nicht ausfliessen. Sogar bei den angeführten niedrigen Temperaturen behalten sie eine genügende Biegsamkeit und gestatten ein Biegen des Kabels, wie z. B. während des Verlegens, ohne dass ein Bruch der Isolierung zu befürchten ist.
Ausserdem fliessen die Füllmassen bei einem Temperaturwechsel nicht das Kabel entlang und verhindern wirksam die Bildung von unzulässigen Gastaschen oder - räumen. Alle diese oben angeführten Vorteile entstehen durch die Eigenschaft der Füllmassen, mehr plastisch als flüssig zu sein.
Unsere Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass gewisse von den bereits bekannten feuersicheren Isoliermaterialien, u. zw. solche auf der Grundlage halogenierter Stoffe, mit andern Materialien vermischt werden können, um plastische Verbindungen zu bilden, die technische, elektrische, feuerfeste und andere Eigenschaften besitzen, die für das Imprägnieren von Kabeln vorteilhaft sind. Polymerisiertes Styrol, gewisse lösliche synthetische Harze und Naturgummi, gewisse Kautsehukharze sowie Triarylphosphate, wie z. B. Tricresylphosphat und Trichlorbenzol, sind ein Teil jener Materialien, mit welchen die halogenierten oder andern feuerfesten Verbindungen gemischt werden können. Polymersiertes Styrol verleiht besondere kautschukähnliche Eigenschaften.
Da zur Erreichung der Feuerfestigkeit der schliesslich Chlorgehalt über 50% Gewichtseinheiten zu halten ist, müssen hochhalogenierte Stoffe verwendet werden.
Zur weiteren Erklärung unserer Erfindung beziehen wir uns auf die Zeichnung, in welcher in Fig. 1 ein Kabel gezeigt ist, für dessen Imprägnierung der Isolierung die Füllmassen gemäss unserer
Erfindung besonders geeignet sind. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 11-11 des in Fig. 1 dargestellten Kabels.
Das in der Zeichnung dargestellte Kabel besteht aus einem zentral angeordneten elektrischen
Leiter 10, um den mehrere Lagen von Faserstoff oder anderem Isolationsmaterial12 gewickelt sind.
Darüber ist eine äussere Schicht 14 aufgebracht, welche bei einem mit einer Faserstoffhülle versehenen
Kabel aus festem Gewebe oder bei einem mit einer Metallhülle versehenen Kabel aus Blei besteht.
Um die isolierende Wirksamkeit des Materials 12 zu erhöhen und eine Absorption von Feuchtigkeit und die Bildung von Gaseinschlüssen und-hohlräumen zu verhindern, ist es wünschenswert, das
Material 12 vollständig mit einem Isoliermittel zu imprägnieren. Die bisher bekannten Imprägnierungs- mittel, sowohl die entflammbaren als auch die unentflammbaren, haben besonders bei Kabeln, die mit einer Faserstoffhülle versehen sind, unbefriedigende Ergebnisse bei ihrer Verwendung gezeigt.
Wenn man isolierende Füllmassen, welche über den ganzen Bereich der bei Kabeln vorkommenden
Temperaturen plastisch sind, an Stelle der bisher üblichen flüssigen Imprägnierungsmittel vorsieht, ist es möglich, die oben erwähnten unvorteilhaften Eigenschaften zu vermeiden. Die in der Zeichnung dargestellte Isolierung 12 kann aus mehreren Lagen aus Papier, Stoff, Asbest und mineralischer oder
Glaswolle bestehen. Die vorgeschlagenen Füllmassen können mit Oxyden von Magnesium, Titan,
Zink oder Aluminium und andern ähnlichen Substanzen behandelt werden, oder das Papier oder die andern Isolationsmaterialien können als Füllungsmittel solche anorganische Stoffe vor der Imprä- gnierung erhalten.
Wie bereits vorher ausgeführt, stellen wir unsere verbesserten Imprägnierungsfüllmassen durch Hinzufügung von die Viskosität erhöhenden Mitteln zu bestimmten feuersieheren, festen oder halb- festen Verbindungen her. Als solche Viskosifizierungsmittel sind die folgenden Stoffe als besonders geeignet befunden worden : polymerisiertes Styrol, Kumaron-, Inden-und Vinylharze sowie Tricresyl- phosphat, Triäthanolamine, Diäthylphthalate, Dibutylphthalate, Trichlorbenzol und gereinigte Kohlenteerdestillate, die einen Siedebereich von 300 bis 3800 haben.
Kautschukbarze, Chlorkautschuk, Guttapercha sowie ein Reaktionsprodukt zwischen Kautschuk und Zinnehlorid oder Eisenehlorid oder Zinnchlorwasserstoffsäure sind auch als Plastifizierungsmittel geeignet und bewirken den weiteren Vorteil, dass sie die Wasserdichtigkeit und Wasserabstossung der entsprechenden Isolierfüllmasse verbessern.
In der Praxis hat sich polymerisiertes Styrol als besonders wirksam erwiesen und der Füllmasse eine besonders kautschukähnliche Eigenschaft verliehen.
Die isolierenden Grundstoffe müssen von möglichst hohem Halogengehalt sein, so dass sie trotz der Verdünnung durch das brennbare Viskosifizierungsmittel den Chlorgehalt der endgültigen Mischung über 50% Gewichtseinheiten halten, welche Menge für die geforderte Feuersicherheit notwendig ist. Das Ergebnis ist ein feuersichere Material, das die gewünschten plastischen, elektrischen, wasserbeständigen und andern Eigenschaften aufweist, die von einem Imprägniermittel für die gewöhnlichen, mit einer Faserstoff- oder Bleiliülle umgebenen Kabel oder Leitungen gewünscht sind.
Eine feuersichere Mischung, die gemäss unserer Erfindung zusammengesetzt ist und eine feuerfeste Isolierfüllmasse für die Imprägnierung von Kabeln, die mit einer Faserstoffhülle umgeben sind, ergibt, ist durch das folgende Beispiel 1 gegeben :
1. 61-5% chloriertes Naphthalin (54-65% Chlor), 31-0% chloriertes Diphenyl (50-65% Chlor) oder Diphenyloxyd, 7'5% polymerisiertes Styrol.
Diese Isoliermischung ist bei Raumtemperatur plastisch wie Kaugummi, bei-20 noch plastisch und fliesst bei 1000 C nicht aus.. Wenn eine geringere Plastizität gewünscht ist, kann die
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Menge des polymerisierten Styrols erhöht werden, wodurch natürlich die Verwendung von höher chlorierten Materialien wünschenswert erscheint. In diesem und den folgenden Beispielen können das chlorierte Naphthalin und die Diphenylverbindungen entweder in Pech-oder gereinigter Form
Verwendung finden. Die angegebenen Verhältnisse der Bestandteile sind in Gewichtsprozenten zu verstehen.
Eine andere Mischung, die bei normalen Temperaturen nicht so plastisch ist, die aber als sehr gutes Kabelimprägnierungsmittel befunden wurde, ist durch folgendes Beispiel 2 gegeben :
2. 60% chloriertes Naphthalin (54-65% Chlor), 30% chloriertes Diphenyl oder Diphenyloxyd (54-65% Chlor), 10% polymerisiertes Styrol.
Ein Kabel, das aus einem mit Baumwolle umsponnenen Kupferleiter bestand und mit diesen
Stoffen in einer Isolierdicke von 1'6 mm imprägniert war, widerstand, als es neun Tage lang in eine
Salzlösung getaucht wurde, einer Dauerspannung von 1000 Volt. Ein ähnlich aufgebautes Kabel zeigte einen Durchschlagswert von 22.000 bis 25.000 Volt, als es in Salzwasser getaucht wurde.
Andere Mischungen, die ebenfalls für die angegebenen Zwecke befriedigende Ergebnisse zeigten, sind durch folgende Beispiele 3-6 gegeben :
3. 50% chloriertes Naphthalin (54-65% Chlor), 25% chloriertes Diphenyl oder Diphenyloxyd (54-69% Chlor), 25% polymerisiertes Styrol.
4. 331/3% chloriertes Naphthalin (54-65% Chlor), 331/3% chloriertes Diphenyl oder Diphenyl- oxyd (54-69% Chlor), 331/3% polymerisiertes Styrol.
5. 66%% chloriertes Diphenyl oder Diphenyloxyd (54-69% Chlor), 331/3% polymerisiertes
Styrol.
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In Anbetracht des hohen Gehaltes an Viskosifizierungsmitteln (polymerisiertes Styrol) ist die zuletzt angeführte Mischung nicht vollständig feuersicher, doch besitzt sie physikalische Eigenschaften, welche sie besonders für die Anwendung bei Glimmerisolationen od. dgl. geeignet macht.
Ähnliche Vorteile können auch durch andere Zusätze zu halogenierten Stoffen, die in den obigen Beispielen aufgeführt sind, erzielt werden, u. zw. durch andere lösliche synthetische oder natürliche Harze und ähnliche gelöste Stoffe, die der Mischung ebenfalls den gewünschten plastischen Charakter verleihen. So kann in den oben angeführten Mischungen das polymerisierte Styrol teilweise oder ganz ersetzt werden durch die bereits vorher erwähnten Kumaron-, Inden-und Vinylharze, wenn auch damit eine geringe Einbusse der kautschukähnlichen Eigenschaften verbunden ist. Gereinigte Kohlenteerdestillate, die einen Siedepunkt im Bereich von 300 bis 380 haben, sind von ähnlicher Wirkung.
Andere Viskosifizierungsmittel, wie Trichlorbenzol, Triethanolamine, Diäthylphthalate oder Dibutylphthalate ergeben, wenn sie in Mengen bis zu 10% zugesetzt werden, vorteilhafte Eigenschaften und vermehren die Plastizität bei niedrigen Temperaturen. Wie schon erwähnt, wird durch Kautschukharze einschliesslich Chlorkautschuk und Guttapercha sowie durch Reaktionsprodukte zwischen Kautschuk und Zinnehlorid oder Eisenchlorid oder Zinnchlorwasserstoffs ure zusätzlich die Wasserdichtheit und-abstossung der Mischungen verbessert.
Die Füllmassen, die durch die ersten Beispiele dargestellt sind, haben besonders eine Steifheit, die für die Imprägnierung von Kabeln, die mit einer Faserstoffhülle umgeben sind, oder für andere Kabel geeignet ist, die derart ausgebildet sind, dass sie eine radiale Tränkung der Isolation längs der ganzen Kabellänge gestatten. Bei Kabeln, die eine Metallhiille besitzen, muss jedoch die Imprägnierung auch von den Enden des Kabels zu bewerkstelligen sein und deshalb muss die Füllmasse bei den hohen Imprägnierungstemperaturen sehr dünnflüssig sein. Im Beispiel 7 stellen wir die Zusammensetzung einer solchen besonderen Mischung dar.
7. 40-8% chloriertes Naphthalin (50-65% Chlor), 40'8% chloriertes Diphenyl oder Diphenyl-
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Die Vorteile, die durch das Hinzusetzen der Viskosifizierungs-oder anderer Veränderungsmittel entstehen, sind durch die dadurch bedingten viskosen Eigenschaften insofern vermehrt, als durch die beigefügten Stoffe die Verdampfungsverluste herabgesetzt werden, wenn die Füllmasse der Atmosphäre ausgesetzt ist. Die gemäss der Erfindung hergestellten Mischungen sind daher viel beständiger und von entsprechend grösserer Nützlichkeit in weiteren Anwendungsgebieten, von denen die Imprägnierung von Kabeln nur eines darstellt.
Die vorher erwähnten Füllmassen ergeben eine ideale feuersichere Isolation, wenn sie in Verbindung mit nicht brennbaren Fiillmateria. Iien, wie Asbest, Mineral-und Glaswolle und Oxyden von Magnesium, Titan, Zink oder Aluminium, verwendet werden. Die Isolation 12 des in der Zeichnung dargestellten Kabels ergibt, wenn sie aus solchen Materialien zusammengesetzt ist und mit den verbesserten Füllmassen gemäss unserer Erfindung imprägniert ist, ein absolut feuersichere Kabel.
Wie schon erwähnt wurde, werden ausserdem auch für die das Kabel bedeckende Schicht 14, die aus Geweben, Kautschuk oder anderem gebräuchlichen Material, das bisher bei solchem Kabelaufbau in üblicher Weise verwendet wurde, besteht, die feuersichere Eigenschaften der Imprägnierungsfüllmasse wirksam und machen die das Kabel umhüllende Schicht unbrennbar.
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Wenn auf die Verlustfaktor (power factor)-Charakteristik der Mischung geachtet wird und die Imprägnierungsmaterialien vollständig getrocknet werden, so können die oben erwähnten Mischungen auch für den Isolationsaufbau von Hoehspannungsapparaten verwendet werden.
Es ist ferner zu betonen, dass das Geheimnis der aussergewöhnlichen physikalischen Eigen- 'schatten der Isoliermischungen nach der Erfindung in dem löslichen Viskosifizierungsmaterial besteht, welches das zuvor halbfeste Tränkmittel in einen plastischen Zustand versetzt. Dieses feuerfeste plastische Isoliermaterial wird, wie bereits erwähnt, über den ganzen bei Kabeln vorkommenden
Temperaturbereich nicht flüssig, und es kommt ein Ausfliessen, wie es bisher üblich war, nicht in
Betracht. In dieser Hinsieht unterscheidet sich das Imprägnierungsmittel ganz deutlieh von allen andern Imprägnierungsmitteln, die bisher vorgeschlagen worden sind, von denen alle fliessend und flüssig sind und sehr steile Viskositätskurven besitzen.
Die Eigenschaften der reinen Halogenver- bindungen sind typisch für diese bisher verwendeten Materialien. Unsere Erfindung hingegen ver- wendet ein Viskosifizierungsmittel, welches die Viskositäts- und Temperaturcharakteristik so verändert, dass die Mischung über den ganzen praktisch vorkommenden Temperaturbereich plastisch ist.
Obwohl wir eine bestimmte Ausführungsform unserer Erfindung gezeigt und beschrieben haben,
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Feuersichere halogenhaltige dielektrische Füllmasse, dadurch gekennzeichnet, dass sie in überwiegendem Verhältnis aus Halogenverbindungen besteht, die durch einen Zusatz von hochmolekularen, natürlichen oder synthetischen harzartigen Stoffen hochviskos gemacht worden sind.