DE3636621A1 - Hochflexibles elektrisches kabel oder entsprechende leitung - Google Patents
Hochflexibles elektrisches kabel oder entsprechende leitungInfo
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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.
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