AT394282B - Flexibles kabel oder flexible leitung mit elektrischen und/oder optischen leitern - Google Patents

Description

AT 394 282 B

Die Erfindung betrifft ein flexibles Kabel oder eine flexible Leitung mit elektrischen und/oder optischen Leitern sowie im Kabel- oder Leitungsaufbau angeordneten konzentrischen Hüllen aus isolierenden Werkstoffen, wobei mindestens die innere Oberfläche einer Hülle durch ein mit der Hülle verbundenes Band mit längsverlaufenden, vorzugsweise einander überlappenden, Kanten abgedeckt ist

Flexible Kabel und Leitungen werden vor allem als Anschluß- oder Versorgungsleitungen überall dort eingesetzt, wo der Verbraucher bei der Inbetriebnahme Dreh- oder Schwenkbewegungen auszuführen hat. Ein besonderes Einsatzgebiet für solche Kabel oder Leitungen ist der medizinische Bereich, wo eine möglichst freie Bewegbarkeit der durch elektrische Energie versorgten Meß-, Steuer- oder Behandlungsgeräte gefordert wird. Diese Forderung besteht ebenso für einadrige, z. B. koaxiale Versorgungsleitungen für chirurgische Instrumente wie für die vieladrigen, an den Enden z. B. mit Meßköpfen versehenen Datenkabel, die der medizinischen Untersuchung dienen.

Die weitgehend freie Bewegbarkeit solcher Anschluß- oder Verbindungsleitungen konnte u. a. deshalb bisher nicht erreicht werden, weil mit der Zunahme der Bewegbarkeit oder Flexibilität die Zugfestigkeit des Kabels absinkt, und damit dessen Betriebssicherheit, z. B. auch für die angegebenen Zwecke, in Frage gestellt ist.

Erhöht man die Zugfestigkeit eines Kabels, wie seit langem bekannt, durch z. B. in den Mantel eingelegte, zugfeste Fäden oder Gewebe, dann verhindert ein solches Gerüst die z. B. durch eine Drehbewegung eines Meßkopfes auf die Anschlußleitung übertragenen Torsionsbewegungen. Kabelbrüche, insbesondere am Kabelende, sind oft die Folge.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Kabel und Leitungen so zu gestalten, daß sie die geforderte Bewegbarkeit in beliebigen Richtungen zulassen, gleichzeitig aber noch ausreichend zugfest sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß als Band eine durch Reckung poröse gesinterte Folie aus einem durch Pastenextrusion und anschließendes Walzen verarbeiteten Fluorpolymer dient, die aufgrund ihrer Porosität mit der inneren Oberfläche der Hülle mechanisch fest verbunden ist, zusammen mit der Hülle aber gegenüber dem umschlossenen Kabel- oder Leitungsaufbau praktisch frei drehbar ist. Diese Maßnahme führt zu einer beinahe freien Verdrehbarkeit der jeweiligen Hülle z. B. über der Kabelseele, über dem Leiter, der Isolierung usw. Bewegungen in Achsrichtung bei gleichzeitiger Verdrehung werden von den Kabeln oder Leitungen nach der Erfindung problemlos verkraftet. Gleichzeitig weist z. B. der wegen der geforderten Flexibilität aus einem Kautschukmaterial hergestellte und daher an sich dehnbare Mantel eines Kabels nach der Erfindung eine erhöhte Zugfestigkeit auf. Das sind Eigenschaften, die z. B. auch auf dem Gebiet der Handhabungseinrichtungen (Roboter) mit den dort üblichen langen Betriebszeiten und ständig wechselndem Bewegungsablauf den Kabeln oder Leitungen nach der Erfindung eine vorteilhafte Verwendung sichern.

Ein Großteil der z. B. auf den Mantel eines erfindungsgemäßen Kabels axial oder radial aufgebrachten Bewegungskräfte, wird von diesem umittelbar aufgefangen, die umschlossene Seele oder auch ein empfindlicher Leiter werden wesentlich von äußeren Kräften entlastet Die nach der Erfindung vorgeschlagene Maßnahme bringt aber noch weitere Vorteile mit sich. Denn der Einsatz einer Folie aus einem Fluorpolymeren, also einem Werkstoff für die Verwendung im Hochtemperaturbereich, bedeutet gleichzeitig einen erhöhten Schutz, etwa einer empfindlichen Seele, gegen Temperatureinwirkung von außen und gegen chemisch aggressive Medien. Dies hat seine besondere Bedeutung z. B. für Anschlußleitungen in der chirurgischen Medizin, wo nach dem Einsatz der Instrumente diese einschließlich der Anschlußleitungen bei erhöhten Temperaturen sterilisiert werden müssen, und von denen anschließend wieder die volle Betriebsbereitschaft erwartet wird. Heute übliche Leitungen erfüllen alle diese Forderungen nur kurzfristig oder bedingt, da z. B. der Vorgang der Sterilisation immer wieder zu einem Verkleben benachbarter Einzelelemente im Schichtenaufbau der Leitung führt, wodurch die für den Einsatz dieser Leitung notwendige Beweglichkeit bzw. Flexibilität erheblich beeinträchtigt wird.

Die längsverlaufende bandförmige Folie kann an der Innenfläche der jeweiligen Hülle so angeordnet sein, daß die Bandkanten stumpf aneinander stoßen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die längsverlaufenden Bandkanten einander überlappen. Dies bringt eine zusätzliche Sicherheit im Fertigungsprozeß mit sich und gibt die Gewähr einer vollständigen Abdeckung der Hülleninnenfläche und damit die Sicherheit einer freien Bewegbarkeit

Zur Erzielung der notwendigen Zugfestigkeit in Richtung der längseinlaufend im Schichtenaufbau des Kabels oder der Leitung angeordneten Folie hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese bis zu 2000 %, vorzugsweise zwischen 300 und 1000 %, zu recken. Eine entsprechende Reckung kann auch zusätzlich quer zur Bandrichtung erfolgen, sollte es sich als zweckmäßig für die Durchführung der Erfindung erweisen, beispielsweise, um die Porosität der Folie zu erhöhen und damit die mechanische Verbindung mit der jeweiligen Hülle zu verbessern.

Die Dichte der nach der Erfindung eingesetzten Folie beträgt vorteilhaft im gestreckten oder gereckten und gesinterten Zustand 0,2 bis 0,7 g/cm . Ist, wie besonders vorteilhaft, die Reckung nur in Bandrichtung erfolgt, dann beträgt das Verhältnis der Zugfestigkeiten in Reckrichtung der bandförmigen Folie und quer hierzu 10 bis 15 : 1.

Die Dicke der gereckten und anschließend gesinterten bandförmigen Folie beträgt in Weiterführung der Erfindung 15 bis 250 |im, vorzugsweise 30 bis 100 pm. Gegenüber bekannten Elementen zur Erhöhung der Zugfestigkeit, wie Fäden oder Geweben, bedeutet dies eine im Schichtenaufbau des Kabels oder der Leitung völlig unauffällige Maßnahme. So können beispielsweise die geforderten äußeren Abmessungen bei wesenüicher -2-

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Verbesserung der Betriebseigenschaften problemlos eingehalten werden.

Neben einer zusätzlichen Reckung in Quenichtung zur Erhöhung der Porosität kann man die in Bandrichtung gereckte und gesinterte Folie auch perforieren, etwa dadurch, daß die Folie vor dem Einlauf durch eine Nadelwalze geführt wird.

Die bandförmige Folie nach der Erfindung ist im Schichtenaufbau eines Kabels oder einer Leitung je nach den Anforderungen an beliebigen Stellen einsetzbar. Besteht das Kabel beispielsweise aus einer Vielzahl in sich wiederum flexibler dünner Adern und wird diese Seele von einem dehnbaren Mantel überdeckt, ist die bandförmige gereckte und gesinterte Folie an der der Seele zugekehrten Mantelfläche angeordnet. Neben der durch die Folie gesicherten Zugfestigkeit des an sich dehnbaren und flexiblen Mantels ist der Mantel durch diese Maßnahme über der Seele weitgehend fiei veidrehbar.

Weist die Leitung eine koaxiale Anordnung von Innenleiter und Außenleiter auf, dann wird man die bandförmige Folie zwischen Außenleiter und abschließender Isolierung anordnen.

Als zweckmäßig zur Herstellung eines Kabels oder einer Leitung nach der Erfindung hat sich ein Verfahren erwiesen, bei dem vor dem Aufbringen der jeweiligen dehnbaren Hülle die gereckte und gesinterte bandförmige Folie um den betreffenden Unterbau, der eine Kabelseele, ein Leiter und dgl. sein kann, längseinlaufend herumgelegt und unmittelbar darüber die isolierende Hülle aufgefarmt wird. Anschließend wird deren Werkstoff vernetzt, wobei mit der Aufformung der Hülle und/oder der anschließenden Vernetzung die an der Innenseite der Hülle befindliche bandförmige Folie mit der Hülle verklebt oder verschweißt wird. Wird, wie im Falle von Silikonkautschuk, das Kautschukmaterial kalt auf die bandförmige Folie aufgebracht und erfolgt erst anschließend eine Temperaturbehandlung zum Zwecke der Vernetzung, dann kann es mitunter vorteilhaft sein, eine Vorwärmung der bereits aufgelegten bandförmigen Folie vorzunehmen.

Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiele dargestellten Kabel- und Leitungsaufbauten näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein vieladriges elektrisches Kabel, dessen Adern (1), verseilt oder gebündelt, von dem Band (2) zusammengehalten sind. Über diesem Aderverband ist ein Geflecht (3) vorgesehen, etwa als mechanischer Schutz oder auch zu Abschirmzwecken, wenn ein solches Kabel als flexible Anschlußleitung für Meß- oder Steuergeräte verwendet werden soll. Der Mantel (4) besteht beispielsweise aus einem vernetzten Silikonkautschuk, er hat eine hohe Flexibilität und ist daher auch in Aderrichtung dehnbar. Diese Dehnbarkeit des Mantels ist nachteilig, sobald das Kabel im Betrieb Zugspannungen ausgesetzt ist und die vom Mantel umschlossene Seele dessen Dehnungen mitzumachen nicht in der Lage ist Zwar könnte die Dehnbarkeit des Mantels durch Zugabe von Füllstoffen in die Mantelmischung herabgesetzt werden, diese Maßnahme führt jedoch auch zur Änderung sonstiger Materialeigenschaften, auf die, z. B. auch wegen der geforderten hohen Flexibüität, gerade nicht verzichtet werden kann.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe, indem zwischen Mantel (4) und Geflecht (3) die gereckte und gesinterte Folie (5), etwa aus einem Tetrafluorethylen-Polymer, angeordnet ist. Diese Folie (5) wirkt als ausgezeichnete Gleit- oder Trennfolie, so daß der Mantel (4) über dem Geflecht (3) praktisch fiei drehbar ist; durch ihre mechanische Verbindung mit der inneren Oberfläche des Mantels (4) übernimmt sie gleichzeitig die Funktion eines Zugelementes im Kabelaufbau, das bedeutet eine wesentliche Einschränkung der Dehnbarkeit des Mantels (4). Beim Aufbringen des Mantels (4) kann sich wegen der Folie (5) das Mantelmaterial auch nicht in das Geflecht (3) eindrücken, um so die Flexibüität des Kabels negativ zu beeinflussen.

Die Folie (5) ist vor dem Sintern oder gleichzeitig mit dieser Temperaturbehandlung gereckt worden. Eine solche Folie weist daher, abgesehen von der erreichten hohen Zugfestigkeit, eine Porosität auf, die eine feste Verbindung mit dem Mantel beim Aufbringen des Mantelmaterials oder bei dessen Vernetzung unter Temperaturbehandlung ergibt. Da sich die Folie (5) zudem über die gesamte innere Oberfläche des Mantels (4) erstreckt und somit über den Umfang des Kabels verteilt eine Vielzahl von Haftpunkten die Verbindung zwischen Mantel (4) und Folie (5) sichert, können von dem nach der Erfindung gestützten Mantel (4) trotz der Dehnbarkeit des verwendeten Mantelmaterials erhebliche Zugkräfte aufgefangen und damit die Kabelseele zugentlastet werden. Trotz der weitgehend freien Bewegbarkeit des Mantels (4) über dem Geflecht (3) geht im übrigen die Kraftschlüssigkeit zwischen dem Mantel (4) und der darunter befindlichen Seele nicht verloren.

In der Fig. 2 ist eine elektrische Versorgungsleitung in koaxialer Ausführung dargestellt. Der als Litzenleiter ausgebildete Innenleiter (6) ist von der flexiblen Isolierung (7) umgeben, auf der die Drähte (8) des Außenleiters und Glasseidefäden (9), wie dargestellt, jeweils nebeneinander abwechselnd angeordnet sind. Die Drähte (8) werden so durch die Glasseidefäden auf der Oberfläche fixiert. Über dieser Seele ist der flexible Mantel (10) als äußere Hülle aufgebracht, wobei die Folie (11) nach dem Vorschlag der Erfindung wieder die Aufgabe einer Gleit- oder Trennfolie zwischen Mantel (10) und Außenleiter (8) und gleichzeitig eines Zugelementes übernimmt, das mit der Innenfläche des Mantels mechanisch fest über den gesamten Umfang verbunden ist

Mit (12) ist im übrigen die Überlappungsstelle der Bandkanten der Folie (11) bezeichnet. Diese ergibt sich dadurch, daß für das Umlegen der längseinlaufenden Folie um den Außenleiter (8,9), etwa mittels eines tütenartig zulaufenden Werkzeugs, eine Bandbreite gewählt wird, die größer als der Umfang der Leitung an dieser Stelle ist.

Die mit Überlappung der Bandkanten aufgebrachte Folie (11) hat in diesem Anwendungsfall ferner die Aufgabe, den koaxialen Leiteraufbau vor erhöhter Temperatureinwirkung zu schützen, die beispielsweise, wie im Falle -3-

Claims (12)

1. AT 394 282 B der Desinfektion von medizinischen Geräten, zu einer Verklebung des Außenleiters mit dem Mantel und/oder der Isolierung des Innenleiters führen kann und damit die Flexibilität und Rückstellfähigkeit der Leitung unterbindet. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten elektrischen Leiter werden aus Gründen der Flexibilität zweckmäßig Litzenleiter aus metallischen Werkstoffen sein. Aber auch Lichtwellenleiter können vorteilhaft bei nach der Erfindung ausgebildeten Kabeln oder Leitungen verwendet werden. Denn die die Seele gegenüber mechanischen Beanspruchungen entlastende gereckte und gesinterte Folie stellt einen wesentlichen Schutz für den empfindlichen Lichtwellenleiter dar. PATENTANSPRÜCHE 1. Flexibles Kabel oder flexible Leitung mit elektrischen und/oder optischen Leitern sowie im Kabel- oder Leitungsaufbau angeordneten konzentrischen Hüllen aus isolierenden Werkstoffen, wobei mindestens die innere Oberfläche einer Hülle durch ein mit der Hülle verbundenes Band mit längsverlaufenden, vorzugsweise einander überlappenden, Kanten abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Band eine durch Reckung poröse gesinterte Folie (5; 11) aus einem durch Pastenextrusion und anschließendes Walzen verarbeiteten Fluorpolymer dient, die aufgrund ihrer Porosität mit der inneren Oberfläche der Hülle (4; 10) mechanisch fest verbunden ist, zusammen mit der Hülle (4; 10) aber gegenüber dem umschlossenen Kabel- oder Leitungsaufbau praktisch frei drehbar ist.
2. 2. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie (5; 11) in Bandrichtung gereckt ist
3. 3. Kabel oder Leitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie (5; 11) bis zu 2000 %, vorzugsweise zwischen 300 und 1000 % gereckt ist.
4. 4. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie (5; 11) in Bandrichtung und quer hiezu gereckt ist.
5. 5. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der bandförmigen Folie (5; 11) im gereckten und gesinterten Zustand 0,2 bis 0,7 g/cm^ beträgt.
6. 6. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zugfestigkeiten in Reckrichtung der bandförmigen Folie (5; 11) und quer hiezu 10 bis 15 :1 beträgt
7. 7. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gereckten und gesinterten Folie (5; 11) 15 bis 250 μτη, vorzugsweise 30 bis 100 |im, beträgt.
8. 8. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gereckte und gesinterte bandförmige Folie (5; 11) zusätzlich perforiert ist
9. 9. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Vielzahl zu einer Seele zusammengefaßter Adem und einem darüber angeordneten dehnbaren Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige gereckte und gesinterte Folie (5) an der der Seele zugekehrten Mantelfläche (4) angeordnet ist.
10. 10. Kabel oder Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Form einer koaxialen Ausführung von Innen- und Außenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (10) des Außenleiters (8) an ihrer dem Außenleiter (8) zugekehrten Innenfläche die gereckte und gesinterte Folie (11) aufweist.
11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Kabels oder einer Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der isolierenden Hülle (4; 10) die gereckte und gesinterte bandförmige Folie (5; 11) um den betreffenden Unterbau - Seele, Leiter - längseinlaufend herumgelegt und unmittelbar darüber die isolierende Hülle (4; 10) aufgeformt und anschließend deren Werkstoff vernetzt wird, wobei mit der Aufformung der isolierenden Hülle (4; 10) und/oder der anschließenden Vernetzung die an der Innenseite der isolierenden Hülle (4; 10) befindliche bandförmige Folie (5; 11) mit der isolierenden Hülle (4; 10) verklebt oder verschweißt wird. -4- 5 AT 394 282 B
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (5; 11) vor dem Aufbringen der isolierenden Hülle (4; 10) erwärmt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-