AT392170B - Band aus ungesintertem pulverfoermigem polytetrafluorethylen - Google Patents

Description

AT392 170 B

Die Erfindung betrifft ein Band aus ungesintertem pulverförmigem Polytetrafluorethylen mit einer Banddicke von 30 μιη bis 200 μιη und einer Breite von 4 bis SO mm zur Herstellung einer isolierenden Umhüllung für elektrische Kabel und Leitungen.

Zur Isolierung elektrischer Leiter sind bereits Bänder aus temperaturbeständigen Werkstoffen, beispielsweise 5 aus Polytetrafluorethylen (PTFE), bekannt (US-PS 3,408,453), die auch wendelförmig unmittelbar auf das elektrische Leiterelement aufgewickelt werden. Auf der dem Leiter äbgekehrten Seite sind diese Bänder mit den Windungen einer zweiten Bandlage verklebt oder verschweißt. Durch den rechteckförmigen Querschnitt der verwendeten Isolierstoffbänder, die im Kantenbereich einander überlappen, läßt sich eine glatte Oberfläche nicht erzielen. Zudem bilden die überstehenden, mit der Oberfläche nicht abschließenden Bandkanten Angriffspunkte für 10 von außen wirkende mechanische Kräfte, ein Auffeißen der Isolierung im Kantenbereich ist nicht immer zu vermeiden. Dies ist eine besondere Gefahr dann, wenn solche z. B. als Heizleitungen, Meß- oder Prüfleitungen und dergl. verwendete elektrische Kabel oder Leitungen neben erhöhten Temperaturen auch der Einwirkung von Feuchtigkeit oder chemisch aggressiven Medien ausgesetzt sind. Dann kommt es vor allem darauf an, glatte homogene Isolieroberflächen zu gewährleisten, die den Leiter nach außen dicht abschließen. Dies kann, wie bei 15 dem bekannten Kabel auch angegeben, dadurch erreicht werden, daß obeihalb der Polytetrafluorethylen-Bandlage eine mit dieser verklebende oder verschweißende zusätzliche Lage aus einem für diesen Zweck vorbereiteten weiteren Band aufgewickelt ist Abgesehen davon, daß dies einen zusätzlichen Aufwand bedeutet, besieht durch die Rechteckform auch dieses Bandes wiederum Gefahr, daß die hochstehenden Bandkanten Angriffspunkte für äußere mechanische Kräfte darstellen. 20 Um dem Nachteil bekannter Bandbewicklungen zu entgehen, ist es selbstverständlich möglich, z. B. die Isolierung eines elektrischen Leiters durch kontinuierliches Spritzen oder Extrudieren aufzubringen. Diese Herstellungsverfahren sind bei thermoplastischen oder elastomeren Werkstoffen bekannter Art mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzbereich allgemein verbreitet, ihre Grenzen finden sich jedoch dort, wo höher schmelzende Materialien verarbeitet werden sollen, die sich aus der Schmelze nicht formen lassen. 25 Verwendet man deshalb ebenfalls bekannte Sinterverfahren zur Herstellung kompakter Isolierungen, dann ergibt sich als entscheidender Nachteil die unvermeidbare Vorzugsrichtung der Materialteilchen in Achsrichtung, die den Einsatzbereich so hergestellter Leitungen wesentlich einschränkt. Hinzukommt, daß nach solchen Verfahren hergestellte Leitungen oder Kabel den Anforderungen an die Zentrizität des Leiters nicht immer gerecht werden und vor allem die Fertigungslängen wegen der begrenzten Menge des in der zugehörigen 30 Verarbeitungsmaschine bei einem Preßvorgang zu verarbeitenden Materials begrenzt sind. Bedingt durch beim Extrudieren aufgebracht einschichtige Isolierwandstärken ergibt sich ein erhöhter Anteil an möglichen Isolationsfehlerstellen. Ebenso läßt die Verwendung des Extrusionsverfahrens nur konzentrische Leiterelemente zu.

Bekannt ist es bereits auch (CH-PS 562 098), zur Herstellung einer isolierenden Umhüllung Bänder aus 35 einem ungesinterten pulverförmigen Polytetrafluorethylen mit einer Banddicke nicht über 200 μιη und einer Breite nicht über 50 mm in mehreren Lagen mit überlappenden Bandkanten zu wickeln und anschließend eine Sinterung des Bandes vorzunehmen. Durch die übliche Bandform sind Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche einer solchen Umhüllung nicht zu vermeiden.

Im wesentlichen das gleiche gilt für eine weitere bekannte Maßnahme (US-PS 3 054 170), nach der Bänder 40 der einzelnen Lagen während des Sintems infolge eines Schrumpfvorganges an den Kanten verformt, d. h., insbesondere zugespitzt werden. Diese Verformung rechteckförmiger Bandkanten während des Sintervorganges läßt Hohlräume in der gewickelten Isolierung entstehen, die Anlaß zu elektrischen Entladungen sein können.

Solche Hohlräume können an sich, wie ebenfalls bekannt (AU-PS 419 571 und FR-PS 1 327 542), durch Verkleben der Bandränder vermieden werden, mit dem Kleber werden aber zusätzliche Materialien in die Isolierung 45 eingebracht, die die Homogenität der Isolierung stören. Im übrigen setzt der Einsatz von Klebern gegenüber einem Sintern grundverschiedene Arbeitsgänge voraus, denn Sintern und Kleben sind zwei technisch grundverschiedene Vorgänge.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten zu finden, beliebige Fertigungslängen elektrischer Kabel und Leitungen, auch in von der Kreisform abweichender 50 Querschnittsform, in für die Hochtemperaturbeanspruchung sowie Beanspruchung durch aggressive Medien geeigneter Qualität herzustellen, die auch unter dem gleichzeitigen Einfluß dieser Beanspruchungen eine hohe Betriebssicherheit aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das ungesinterte Band eine linsen- oder trapezförmige Querschnittsform aufweist, wobei die Banddicke im äußersten Randbereich höchsten 5 μιη beträgt. 55 Hierdurch ist es möglich, Kabel und Leitungen für hohe thermische Beanspruchungen mit glatter Oberfläche, die sonst nur durch Extrusion des Polymeren erreichbar ist, herzustellen. Damit bietet eine nach der Erfindung erzeugte Umhüllung, z. B. Isolierung oder Mantel, wie eine extrudierte Hülle auch, keine Angriffspunkte für mechanische Kräfte, die zu einem Auffeißen der Hülle führen könnten.

Gegenüber dem Formen z. B. der temperaturbeständigen Isolierung eines elektrischen Leiters durch 60 Pulverpressen und Sintern, läßt die Erfindung wesentlich höhere Fertigungsgeschwindigkeiten bei beliebigen Fertigungslängen und verbesserter Isolierqualität zu. Denn im Gegensatz zum bekannten Pulverpreß-Sinterverfahren oder zur Kolbenextrusion mit der durch die Preßrichtung vorgegebenen Vorzugsrichtung der -2-

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Materialteilchen wird dieser Nachteil bei der Durchführung der Erfindung durch das ein- oder mehrlagige Wickeln eines Bandes in Umfangsrichtung völlig aufgehoben. Es ergibt sich damit eine für elektrische und mechanische Beanspruchungen in gleicher Weise geeignete Isolierqualität. Ganz abgesehen davon gibt auch die Forderung nach unbedingter Zentrizität des Leiters bei der Herstellung eines Kabels oder einer Leitung ebensowenig Probleme auf, wie die Isolierung von der Kreisform abweichender Leiterquerschnitte. Denn während die Verwendung der Extrusionsverfahren nur konzentrische Leiterelemente oder Profile zuläßt, können mit dem Band nach der Erfindung beliebige Leitergeometrien oder Profilquerschnitte umwickelt und sicher geschützt werden.

Das Band mit der linsen- oder trapezförmigen Querschnittsform hat einen verstärkten mittleren Bereich (a) und jeweils zu den Bandkanten hin vorzugsweise flach abfallende Bereiche (b) mit sich verringernder Banddicke und jeweils glatter Oberfläche.

Werden solche Bänder in einer oder mehreren Lagen mit überlappenden Kanten z. B. auf den litzenförmigen Leiter einer elektrischen Meßleitung für den Hochtemperaturbereich oder auf einen Heizleiter aufgewickelt, dann greifen die Kanten jeweils benachbarter Bänder so übereinander, und zwar mit sich vermindernder Banddicke, daß sich längs der Isolieroberfläche praktisch von einem Band zum benachbarten ein stufenfreier Übergang ergibt Die Auswahl der Banddicke im verstärkten mittleren Bereich sowie der Bandbreite hängen in der Regel vom jeweiligen Verwendungszweck ab.

Besteht nun, wie bei der Erfindung vorgesehen, das Band aus einem aus der Schmelze nicht verarbeitbaren, ungesinterten, pulver- oder grießförmigen Polytetrafluorethylen hoher Temperaturbeständigkeit, dann ergibt sich bei der an das Aufwickeln des Bandes z. B. auf den elektrischen Leiter anschließenden Temperaturbehandlung (Sinterung) eine durch das Verschweißen der Bandkanten sowie Lagen kompakte, ja sogar weitgehend homogene Isolierung. Eine mit dem Band nach der Erfindung erreichbare Umhüllung ist dann wegen ihrer Kompaktheit nicht mehr mit den üblichen Bandbewicklungen, sondern nur noch mit den extrudierten oder durch Pressen hergesteilen Isolierungen vergleichbar.

Denn die besondere Formgebung des Bandes nach der Erfindung sichert gegenüber den bekannten Bändern mit rechteckförmigem Querschnitt auch eine beim Sintern sichere Kantenverschweißung. Eine solche praktisch in sich geschlossene Oberfläche ist äußeren Einflüssen gegenüber äußerst widerstandsfähig, das gilt auch unter dem Einfluß aggressiver Medien bei hohen Betriebstemperaturen.

Eine sichere Verschweißung aber auch des mittleren verstärkten Bandbereichs ist bei der Verwendung eines Bandes nach der Erfindung sichergestellt.

Denn beim Wickelvorgang wird gerade der mittlere verstärkte Bereich des Bandes stärker gereckt als der Randbereich, so daß beim anschließenden Sintervorgang, bedingt auch durch eine entsprechende Volumenkontraktion, das Band insgesamt fest auf den Unterbau bzw. die untere Bandlage aufgepreßt wird. Der verstärkte mittlere Bereich des Bandes nach der Erfindung hat im übrigen gegenüber gleichmäßig im Querschnitt aufgebauten Wickelbändem geringer Banddicke den Vorteil, daß zur Erzielung gleicher Wandstärken weniger Wickellagen notwendig sind, also weniger Flächen miteinander verschweißt werden müssen, abgesehen davon, daß hierdurch auch die Gefahr des Einschleppens von Schmutzteilchen oder des Einschließens von Luftbläschen vermindert ist.

Mit dem Band nach der Erfindung isolierte und ummantelte elektrische Kabel und Leitungen sind daher z. B. als Heizkabel oder Heizleitungen für die direkte Beheizung oder Temperierung von Naßzonen oder auch Feuchtigkeitsbädem aus ölen, Säuren und Laugen bestens geeignet

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert

In den Fig. 1 bis 3 sind in stark vergrößertem Maßstab schematisch Querschnittsbilder eines Bandes nach der Erfindung dargestellt. So zeigt die Fig. 1 in etwa die linsenförmige Querschnittsform eines Bandes (1) mit glatter Oberfläche, dessen größte Banddicke beispielsweise von 80 bis 150 pm im mittleren Bereich (a) liegt, während in den anschließenden Bereichen (b) die Banddicke zu den Bandkanten (2) hin auf etwa 5 pm und weniger abfällt

Abweichend hiervon zeigt die Fig. 2 die ebenfalls mögliche und nach der Erfindung vorteilhafte trapezförmige Querschnittsform eines hochtemperaturbeständigen Wickelbandes (3). Auch diese Ausführungsform zeigt einen mittleren abgeflachten Teil (a*) und zu den Bandkanten (4) sich anschließende Bereiche (b')> innerhalb derer die Banddicke stetig abnimmt.

Eine andere Möglichkeit der Querschnittsform zeigt die Fig. 3. Der verstärkte mittlere Bereich des Wickelbandes (5) ist mit a(") und die auf Null hin auslaufenden Bereiche sind mit b(") bezeichnet

In der Fig. 4 ist ebenfalls in vergrößertem Maßstab ein Anwendungsfall für die nach der Erfindung ausgebildeten Wickelbänder dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen z. B. hochflexiblen elektrischen Leiter mit ölfester und hitzebeständiger PTFE-Isolierung. Aus diesen Gründen ist der Leiter (6) als sog. Litzenleiter aus z. B. blanken, verzinnten, versilberten oder vernickelten Kupferdrähten (7) aufgebaut, und die unmittelbar auf den Leiter aufgebrachte elektrische Isolierung (8) besteht aus einer oder mehreren Lagen des aus Polytetrafluorethylen hergestellten Bandes (9).

Je nach Wahl der Schlaglänge überlappen die Bandkanten (10) einander wie dargestellt oder noch weiter. Das hängt u. a. auch von der gewählten Bandform ab, ob z. B. die Banddicke im Bereich (b) stark oder leicht abfällt oder vom Verhältnis der Strecken (a):(b). So wird, wenn der Bereich (a) weniger als ein Drittel der Summe der -3-

Claims (1)

1. AT 392170 B Bereiche (b) beträgt, eine stärkere Überlappung der Bandkanten oft zweckmäßig sein, sie wird weniger stark ausfallen, wenn der Bereich (a) entsprechend größer gewählt ist. In jedem Fall sind die einzelnen Parameter so gewählt, daß im Ergebnis eine gleichmäßig ebene Oberfläche erzielt wird. Dann ist nicht nur die äußere Oberfläche dicht verschlossen, auch die dichte Verbindung der Lagen ist gewährleistet Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt So kann neben einer Isolierung auch der Mantel eines elektrischen Kabels oder einer Leitung etwa aus Gründen einer geforderten Öl· oder Gasfestigkeit oder -Sicherheit aus einem gewickelten Band nach der Erfindung bestehen. Auch Leitungen auf Gebieten wie der Elektronik, der Computertechnik, der Femsprechvermittlungstechnik, der chemischen Industrie, der Automobil-Elektronik, der Automatisierung etc. können nach der Erfindung zuverlässig geschützt werden. PATENTANSPRUCH Band aus ungesintertem pulverförmigem Polytetrafluorethylen mit einer Banddicke von 30 pm bis 200 pm und einer Breite von 4 bis 50 mm zur Herstellung einer isolierenden Umhüllung für elektrische Kabel und Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß das ungesinterte Band eine linsen- oder trapezförmige Querschnittsform aufweist, wobei die Banddicke im äußersten Randbereich höchstens 5 pm beträgt. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-