DE3636621A1 - Hochflexibles elektrisches kabel oder entsprechende leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hochflexibles elektrisches Kabel oder eine entsprechende Leitung mit im Kabel- oder Leitungsaufbau angeordneten dehnbaren Hüllen aus isolierenden Werkstoffen.

Hochflexible 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 me­ dizinische 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 als auch für die vieladrigen, an den Enden z. B. mit Meßköpfen versehenen Datenkabeln, die der medizinischen Untersuchung dienen.

Die weitgehend freie Bewegbarkeit solcher Anschluß- oder Verbindungs­ leitungen 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, entsprechend 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 Bewegbar­ keit in beliebigen Richtungen zulassen, gleichzeitig aber noch aus­ reichend zugfest sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß mindestens die innere Oberfläche einer Hülle durch eine als Band mit längsver­ laufenden Kanten ausgebildete und mit der Hülle verbundene gereckte und gesinterte Folie aus einem Fluorpolymeren abgedeckt 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 Verwen­ dung sichern.

Ein Großteil der z. B. auf den Mantel eines erfindungsgemäßen Kabels axial oder radial aufgebrachten Bewegungskräfte, wird von diesem unmittelbar 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 er­ höhten 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 er­ heblich beeinträchtigt wird.

Die längsverlaufende bandförmige Folie kann an der Innenfläche der jeweiligen Hülle so angeordnet sein, daß die Bandkanten stumpf anein­ ander stoßen. Besonders vorteilhaft ist es in Weiterführung der Erfin­ dung 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.

Zweckmäßig besteht die nach der Erfindung eingesetzte bandförmige Folie aus einem durch Pastenextrusion und anschließendes Walzen verarbeitetes Fluorpolymer, beispielsweise Polytetrafluorethylen, allein oder einem Mischpolymer.

Zur Erzielung der notwendigen Zugfestigkeit in Richtung der längsein­ laufend 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 zweck­ mäßig 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.

Das spezifische Gewicht der nach der Erfindung eingesetzten Folie beträgt vorteilhaft im gestreckten oder gereckten und gesinterten Zustand 0,2 bis 0,7 g/cm³. Ist, wie besonders vorteilhaft, die Reckung nur in Bandrichtung erfolgt, dann ist das Verhältnis der Zugfestigkeiten in Reckrichtung der bandförmigen Folie und quer hierzu 10-15 : 1.

Die Dicke der gereckten und anschließend gesinterten bandförmigen Folie beträgt in Weiterführung der Erfindung 15 bis 250 µm, vorzugsweise 30 bis 100 µm. Gegenüber bekannten Elementen zur Erhöhung der Zugfestig­ keit wie Fäden oder Geweben, bedeutet dies eine im Schichtenaufbau des Kabels oder der Leitung völlig unauffällige Maßnahme. So können beispiels­ weise die geforderten äußeren Abmessungen bei wesentlicher Verbesserung der Betriebseigenschaften problemlos eingehalten werden.

Neben einer zusätzlichen Reckung in Querrichtung 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 einsetz­ bar. Besteht das Kabel beispielsweise aus einer Vielzahl in sich wiederum flexibler dünner Adern und wird diese Seele von einem dehnbaren Mantel über­ deckt, ist die bandförmige gereckte und gesinterte Folie vorteilhaft 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 frei verdrehbar.

Weist die Leitung eine koaxiale Anordung von Innenleiter und Außenleiter auf, dann wird man zweckmäßig 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 u. dgl. sein kann, längseinlaufend herumgelegt und unmittelbar darüber die iso­ lierende Hülle aufgeformt wird. Anschließend wird deren Werkstoff ver­ netzt, 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, wie im Falle von Silikon­ kautschuk, das Kautschukmaterial kalt auf die bandförmige Folie aufgebracht und erfolgt erst anschließend eine Temperaturbehandlung zum Zwecke der Ver­ netzung, dann kann es mitunter vorteilhaft sein, eine Vorwärmung der be­ reits 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, ver­ seilt 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 An­ schlußleitung für Meß- oder Steuergeräte verwendet werden soll. Der Mantel 4, beispielsweise aus einem vernetzten Silikonkautschuk, ist wegen der geforderten Flexibilität entsprechend ausgebildet und vom Grunde her 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 entsprechende Zugabe von Füllstoffen in die Mantelmischung herabgesetzt werden, diese Maßnahme führt jedoch auch zur Änderung sonstiger Material­ eigenschaften, auf die, z. B. auch wegen der geforderten hohen Flexibili­ tät, 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 frei dreh­ bar 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 Flexibilität des Kabels negativ zu beeinflussen.

Die Folie 5 ist vor dem Sintern oder gleichzeitig mit dieser Temperatur­ behandlung gereckt worden. Eine solche Folie ist, abgesehen von der erreichten hohen Zugfestigkeit, daher porös, so daß sich hieraus die feste Verbindung mit dem Mantel beim Aufbringen des Mantelmaterials oder bei dessen Vernetzung unter Temperaturbehandlung ergibt. Da sich die Folie 5 zudem über die ge­ samte 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 auf den nach der Erfindung gestützten Mantel 4 trotz der Dehnbarkeit des verwendeten Mantelmaterials erhebliche Zugkräfte von diesem 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, beispielsweise nebeneinander abwechselnd, die Drähte 8 des Außen­ leiters und Glasseidefäden 9, etwa für deren Fixierung auf der Oberfläche, angeordnet sind. 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 längsein­ laufenden 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 An­ wendungsfall ferner die Aufgabe, den koaxialen Leiteraufbau vor erhöhter Temperatureinwirkung zu schützen, die beispielsweise, wie im Falle der Desinfektion von medizinischen Geräten, zu einer Verklebung des Außenleiter 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 Werk­ stoffen 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 empfind­ lichen Lichtwellenleiter dar.

Claims (14)

1. Hochflexibles elektrisches Kabel oder entsprechende Leitung mit im Kabel- oder Leitungsaufbau angeordneten dehnbaren Hüllen aus iso­ lierenden Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die innere Oberfläche einer Hülle durch eine als Band mit längsver­ laufenden Kanten ausgebildete und mit der Hülle verbundene, gereckte und gesinterte Folie aus einem Fluorpolymeren abgedeckt ist.

2. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längsverlaufenden Bandkanten einander überlappen.

3. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie aus einem durch Pastenextrusion und an­ schließendes Walzen verarbeitetes Fluorpolymer allein oder einem Mischpolymer besteht.

4. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, da­ durch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie in Bandrichtung ge­ reckt ist.

5. Kabel oder Leitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie bis zu 2000%, vorzugsweise zwischen 300 und 1000% gereckt ist.

6. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Folie in Bandrichtung und quer hierzu gereckt ist.

7. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der bandförmigen Folie im gestreckten und gesinterten Zustand 0,2 bis 0,7 g/cm³ beträgt.

8. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zugfestigkeiten in Reckrichtung der bandförmigen Folie und quer hierzu 10-15 : 1 beträgt.

9. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gereckten und gesinterten Folie 15 bis 250, vorzugsweise 30 bis 100 beträgt.

10. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gereckte und gesinterte bandförmige Folie zusätzlich perforiert ist.

11. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer Vielzahl zu einer Seele zusammengefaßten Adern und einem darüber an­ geordneten dehnbaren Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die band­ förmige gereckte und gesinterte Folie an der der Seele zugekehrten Mantelfläche angeordnet ist.

12. Kabel oder Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden in Form einer koaxialen Ausführung von Innen- und Außenleiter, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Isolierung des Außenleiters an ihrer dem Außen­ leiter zugekehrten Innenfläche die gereckte und gesinterte Folie auf­ weist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Kabels oder einer Leitung nach An­ spruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der jeweiligen dehnbaren Hülle die gereckte und ge­ sinterte bandförmige Folie um den betreffenden Unterbau - Seele, Leiter - längseinlaufend herumgelegt und unmittelbar darüber die isolierende Hülle aufgeformt und anschließend deren Werkstoff ver­ netzt wird, wobei mit der Aufformung der Hülle und/oder der an­ schließenden Vernetzung die an der Innenseite der Hülle befindliche bandförmige Folie mit der Hülle verklebt oder verschweißt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie vor dem Aufbringen der Hülle erwärmt wird.