DE4414052A1 - Elektrisches Kabel mit mikroporöser Polytetrafluorethylen-Isolierung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit einer den Leiter umgebenden mikroporösen Isolierung aus einem Polytetrafluorethylen.

Kabel der gattungsgemäßen Art sind hinlänglich bekannt, das gilt sowohl für solche Ausführungen, die der Fortleitung elektrischer Energie dienen als auch solcher Ausführungen, die als Koaxialkabel dem Bereich der elektrischen Datenübertragung zuzuordnen sind. Beschrieben sind Energiekabel der gattungsgemäßen Art beispielsweise in der EP-PS 489 752 sowie in dem dort angeführten Stand der Technik, wo es darum geht, flexible, chemisch widerstandsfähige Isolierungen für den inneren Leiter vorzusehen, wobei diese Isolierung aus einem porösen Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform (EP-PS 428 622) wird eine Isolierung aus einem porösen Polytetrafluorethylen dadurch hergestellt, daß auf den Leiter entsprechende Materialstränge aufgeseilt und anschließend diese Lage aus aufgeseilten Strängen soweit verdichtet wird bis eine geschlossene Isolierung entsteht.

Nachteilig ist in allen erwähnten Fällen, daß die poröse Isolierung während der weiteren Verfahrensschritte im Betrieb, bei der Verlegung oder Montage solcher Kabel gegenüber dem eingeschlossenen Leiter eine Relativbewegung ausführen kann, die auch bei der Weiterverarbeitung, beispielsweise bei der Konfektion, sehr hinderlich ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch bei solchen Kabeln, bei denen die den Leiter umgebende Isolierung aus einem Polytetrafluorethylen besteht, für eine ausreichende Haftung dieses Materials auf dem Leiter zu sorgen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Isolierung mit der Leiteroberfläche verklebt ist. Damit ist ein jegliches Herausrutschen des metallischen Leiters aus der umgebenden Hülle vermieden, das gilt sowohl für die weitere Herstellung des Kabels, als auch für den Transport oder die Verlegung bzw. die Konfektion, wo es darauf ankommt, nach Absetzen der Isolierung über dem metallischen Leiter längs einer definierten Leiterlänge Stecker anzuschlagen und dergleichen. Fehlstellen sind so auszuschließen, im Falle koaxialer Hochfrequenzkabel, beispielsweise mit einer entsprechenden porösen Isolierung, ist sichergestellt, daß eine Änderung des Dielektrikums zwischen Innenleiter und Außenleiter durch eine Längsverschiebung der Isolierung nicht möglich ist.

Um eine Verklebung der Isolierung mit der Leiteroberfläche sicherzustellen, die von sich aus aufgrund des verwendeten Materials eher eine erhöhte Gleitfähigkeit besitzt, dient eine auf die Leiteroberfläche aufextrudierte Schicht aus einem Fluorpolymeren. Die Flexibilität des Kabels, sowie seine Unempfindlichkeit gegen erhöhte Temperaturen, gegen chemische Einflüsse usw. bleiben erhalten. Dies ist unabhängig davon, ob die Isolierung selbst bzw. deren Werkstoff gesintert oder in ungesintertem Zustand auf den Leiter des elektrischen Kabels aufgebracht wird.

Das in der Wärme verarbeitbare, d. h. extrudierbare Fluorpolymere kann ein Tetrafluorethylen/ Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP) oder auch ein Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-copolymerisat (TFA/PFA) oder dergl. sein.

Wie aus dem genannten Stand der Technik bereits bekannt, kann die mikroporöse Isolierung aus Polytetrafluorethylen in der unterschiedlichsten Form auf den elektrischen Leiter aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufwickeln von Bändern, Aufseilen von Profilen usw., wobei es sich in Durchführung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen hat, wenn die Isolierung aus einer Bandbewicklung besteht, wobei mindestens die unterste Bandlage mit der Leiteroberfläche verklebt ist. Damit ergibt sich auch ein sicherer Halt der Bebänderung auf dem an sich an der Oberfläche glatten metallischen Leiter des Kabels. Und das, obwohl aus Polytetrafluorethylen bestehende Bänder oder Folien auch als Gleitfolien bezeichnet werden, da sie überall dort in der Technik eingesetzt werden, wo es um eine Relativbewegung zwischen langgestreckten Formkörpern geht.

Besteht in Weiterführung der Erfindung die Bewicklung aus einem Polytetrafluorethylenband oder einer entsprechenden Folie, dann kommt es oft auf die Mikroporosität dieses Materials besonders an. Aus diesem Grunde wird man dieses Band- oder Folienmaterial aus einem durch sogenannte Pastenextrusion und anschließendes Walzen verarbeitetes Polytetrafluorethylen herstellen. Die Reckung der bandförmigen Folie mit einer Reckrate in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bis zu 2000%, vorzugsweise zwischen 300 und 1000%, erfolgt in der Regel in Bandrichtung, sie kann auch quer zur Bandrichtung vorgenommen werden, beispielsweise dann, wenn die Porosität der Folie oder des Bandes erhöht und damit die mechanische Verbindung zum elektrischen Leiter weiter verbessert werden soll. Dabei kann es oft vorteilhaft sein, die mechanische Festigkeit der Folie oder des Bandes durch einen mit der Reckung praktisch gleichzeitig ablaufenden oder der Reckung nachgeschalteten Sintervorgang zu erhöhen.

Die Dicke des gereckten und vorteilhaft auch gesinterten Bandes oder der entsprechenden Folie beträgt dann 15 bis 250 µm, vorzugsweise 30 bis 100 µm.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels kann man unterschiedlich verfahren, je nachdem welcher Einsatzbereich angesprochen ist. Davon hängt es letztlich auch ab, in welcher Form das gereckte und vorteilhaft gesinterte Band oder die entsprechende Folie den Leiter umgibt, aber auch davon, mit welchen Materialien die Festlegung der mikroporösen Isolierung auf der Leiteroberfläche erfolgt. Eine besonders günstige Verfahrensweise, die auch zu geringen äußeren Abmessungen bei hoher Betriebssicherheit führt, ist die, daß auf den Leiter zunächst ein in der Wärme verarbeitbares Fluorpolymeres aufextrudiert und darüber die bandförmige gereckte Folie aufgebracht wird, vorteilhaft in der Weise, daß die Folie oder auch ein entsprechendes Band mit überlappenden Bandkanten um die extrudierte Fluorpolymerumhüllung herumgewickelt wird. Bei einer anschließenden Temperaturbehandlung, beispielsweise bei 300°C, bei der sich das aufextrudierte Fluorpolymere stark ausdehnt, durchsetzt dieses Material, je weiter man mit der Temperaturbehandlung in seinen Schmelzbereich eingreift, die Poren der gereckten bandförmigen Folie mindestens der untersten Lage, so daß diese mit der Abkühlphase auf der Leiteroberfläche fest verankert wird.

Die Verbindung zwischen der Leiteroberfläche und der darüber als Isolierung aufgebrachten Folie ist dauerhaft, das gilt auch für hohe Temperaturschwankungen bzw. entsprechende Betriebstemperaturen.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kabel, beispielsweise als flexible Leitung zur Übertragung elektrischer Energie, mit einem aus einer Vielzahl Einzeldrähten hergestellten Leiter 1, einer darauf aufgebrachten Schicht 2 aus einem extrudierten Fluorpolymeren sowie einer aufgewickelten bandförmigen Folie 3 aus einem durch Pastenextrusion und anschließendes Walzen hergestellten Polytetrafluorethylen. Diese Folie 3 ist im Ausführungsbeispiel gereckt und gesintert, sie weist deshalb die Poren 4 auf. 5 ist der Überlappungsbereich, in dem die einzelnen Windungen der Folie 3 im aufgewickelten Zustand im Bandkantenbereich übereinandergreifen. Durch eine Temperaturanhebung oberhalb der Schmelztemperatur bzw. des Schmelzbereiches des die Schicht 2 bildenden Fluorpolymeren werden die Poren 4 ganz oder teilweise mit diesem Material gefüllt, während es sich bei der Temperaturanhebung stark radial nach außen ausdehnt. Mit seiner Abkühlung und damit Schrumpfung auch der aus der Folie 3 hergestellten Bewicklung erfolgt eine sichere Verankerung der Folie 3 auf dem Leiter 1. Diese Verankerung ist dauerhaft, das gilt selbst bei hohen Temperaturwechselbeanspruchungen.

Abweichend von dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beschreibt die Fig. 2 ein koaxiales Kabel, das wegen seiner möglichen geringen Abmessungen insbesondere auch in der Medizintechnik Anwendung findet. Dieses Kabel besteht aus dem Innenleiter 6, einer Isolierung 7 und einem Außenleiter 8, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem die Isolierung wendelförmig umgebenden Metallband. Auch hier ist die Isolierung, d. h. das Dielektrikum, zwischen Innenleiter 6 und Außenleiter 8 mikroporös, die Isolierung kann beispielsweise auch aus einer Bewicklung entsprechend Fig. 1 bestehen. Die durch axiales oder biaxiales Recken gebildeten Poren dieser Isolierung 7 sind mit 9 bezeichnet.

Um eine sichere Verankerung dieser Isolierung 7 auf dem Leiter 6 zu erreichen, ist gemäß der Erfindung eine Schicht 10 vorgesehen, sie besteht wiederum aus einem in der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymeren, das bei einer Temperaturbehandlung über seinen Schmelzbereich hinaus mindestens die der Oberfläche des Leiters zugekehrten Bereiche der mikroporösen Isolierung 7 durchsetzt und in der Abkühlphase und Rückschrumpfung auch der Isolierung 7 diese sicher mit dem Innenleiter 6 des Koaxialkabels bzw. der Koaxialleitung verbindet.

Unabhängig von den beschriebenen Ausführungsbeispielen läßt sich der durch die Erfindung erzielte Effekt überall dort erreichen, wo es darauf ankommt, eine Isolierung aus mikroporösem, in der Schmelze nicht verarbeitbarem Werkstoff sicher mit einer metallischen, an sich glatten Oberfläche zu verbinden. Denn wird bei dieser Schichtenkonfiguration das z. B. verwendete FEP auf eine Temperatur oberhalb seiner Schmelztemperatur gebracht, beispielsweise in den Bereich um 300°C und anschließend wieder abgekühlt, dann schrumpfen die aneinandergrenzenden Werkstoffe der FEP Umhüllung sowie der angrenzenden PTEF Folie, wobei schon durch den geringen Wärmeinhalt der Folie diese stärker schrumpft und damit auf die noch nicht wiederverfestigte, den Verbund bewirkende FEP Schicht gepreßt wird.

Claims (12)

1. Elektrisches Kabel mit einer den Leiter umgebenden mikroporösen Isolierung aus einem Polytetrafluorethylen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung mit der Leiteroberfläche verklebt ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verklebung eine auf die Leiteroberfläche aufextrudierte Schicht aus einem Fluorpolymeren dient.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Isolierung gesintert ist.

4. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem ungesinterten Polytetrafluorethylen besteht.

5. Kabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem die Isolierung aus einer Bandbewicklung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die unterste Bandlage mit der Leiteroberfläche verklebt ist.

6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewicklung aus einem Polytetrafluorethylen-Band oder einer entsprechenden Folie besteht.

7. Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Band in Längsrichtung und/oder quer hierzu gereckt ist.

8. Kabel nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des gereckten Bandes 15-250 µm, vorzugsweise 30-100 µm beträgt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf den Leiter eine Schicht aus einem Fluorpolymeren aufextrudiert und darüber die mikroporöse Isolierung aus Polytetrafluorethylen aufgebracht wird, daß bei einer anschließenden Temperaturbehandlung durch Materialausdehnung das aufextrudierte Fluorpolymere im fließfähigen Zustand die Poren der Isolierung mindestens des angrenzenden oberflächennahen Bereiches durchsetzt und mit der Abkühlung durch Schrumpfung die poröse Isolierung auf dem Leiter verankert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung unterhalb der Sintertemperatur des Polytetrafluorethylens liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den mit einem extrudierten Fluorpolymeren beschichteten Leiter die poröse Isolierung in Form einer Polytetrafluorethylen Band- oder Folienbewicklung in einer oder mehreren Lagen aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Band oder die Folie gereckt und das Material gesintert oder ungesintert ist.