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Die Erfindung betrifft ein Kabelsowie dessen Verwendung als medizinisches Kabel.
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Elektrische Kabel im Medizinbereich müssen häufig mehrfach wiederholbar sterilisierbar sein, um den medizinischen Hygieneanforderungen zu genügen. Zur Sterilisation werden die Kabel hierbei typischerweise in einen Autoklaven gegeben, in dem das zu sterilisierende Kabel einen Dampf bei erhöhtem Druck und einer Temperatur von typischerweise über 130° Celsius für eine längere Zeitdauer ausgesetzt wird.
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Derartige Kabel zur Verwendung im medizinischen Bereich weisen typischerweise einen Silikon-Außenmantel auf. Bei diesem besteht das Problem, dass Feuchtigkeit beim Sterilisieren in den Mantel ein- und durch diesen hindurchdringen kann.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kabel insbesondere zur Verwendung im medizinischen Bereich anzugeben, welches mehrfach sterilisierbar ist, ohne dass Feuchtigkeit in das Innere des Kabels eindringt.
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Aus der
DE 10 2005 006 332 A1 ist ein medizinisches Kabel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu entnehmen, bei dem ein PFE-Zwischenmantel vorgesehen ist, welcher von einem Geflecht und schließlich von einem Silikon-Außenmantel umgeben ist.
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Die
DE 10 2006 025 269 A1 beschreibt eine flexible elektrische Leitung, bei der ebenfalls ein Geflecht aus hochabriebfesten Fäden vorhanden ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Kabel weist einen Außenmantel aus Silikon und einen Leitungskern auf, wobei zwischen dem Leitungskern und dem Außenmantel ein Zwischenmantel aus einem Fluorpolymer als Sperrschicht angeordnet ist.
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Das Kabel ist insbesondere für medizinische Anwendungen vorgesehen.
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Durch die Zwischenlage des Fluorpolymer-Mantels ist gewährleistet, dass evtl. durch den Silikon-Außenmantel beim Sterilisieren hindurchtretende Feuchtigkeit nicht den innenliegenden Leitungskern erreicht. Der Zwischenmantel bildet daher eine Dampfsperre.
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Unter Silikon-Außenmantel wird hierbei verstanden, dass der Außenmantel aus einem Silikon-Polymer besteht oder zumindest größtenteils (> 50 Gew% insb. > 90 Gew%) besteht. Entsprechend wird auch unter Fluorpolymer-Zwischenmantel verstanden, dass dieser aus einem Fluorpolymer besteht oder zumindest größtenteils (> 50 Gew% insb. > 90 Gew%) besteht.
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Ergänzend ist durch die Verwendung eines Fluorpolymers für den Zwischenmantel zudem auch eine ausreichende Hitzebeständigkeit des Zwischenmantels erreicht. Beim Aufbringen des Silikon-Außenmantels erfolgt üblicherweise eine Wärmebehandlung (Vulkanisation) des Silikon-Außenmantels. Die Temperaturen hierbei liegen typischerweise bei > 110° C und reichen bis etwa 500° C. Durch die Wahl eines Fluorpolymers kann der Zwischenmantel auch diesen hohen Temperaturbeanspruchungen während des Aufbringens des Außenmantels standhalten. Der Zwischenmantel kann daher zumindest für die Zeit des Aufbringens des Außenmantels einer Temperaturbelastung von typischerweise über 200° C, vorzugsweise von über 250° C oder über 300° C standhalten. Insbesondere liegt ein Erweichungspunkt, eine Schmelztemperatur oder eine Zersetzungstemperatur des Fluorpolymers oberhalb dieser angegebenen Temperaturen.
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Ergänzend ist zwischen dem Leitungskern und dem Zwischenmantel eine hitzebeständige Folie als Hitzeschild angeordnet. Die Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass auch für die Aufbringung des Zwischenmantels aus dem Fluorpolymer sehr hohe Temperaturen auftreten. Der Zwischenmantel - wie üblicherweise auch der Silikon-Außenmantel - werden typischerweise durch Extrusion aufgebracht. Zur Ausbildung des Zwischenmantels ist dabei eine sogenannte heiße Extrusion erforderlich, bei der Temperaturen beispielsweise im Bereich von über 300°, speziell Temperaturen im Bereich von 380° bis 400° C auftreten. Unter hitzebeständiger Folie wird nunmehr verstanden, dass die Folie einer derartigen Temperaturbelastung zumindest während des Aufbringens des Zwischenmantels bei der Extrusion stand hält.
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Die hitzebeständige Folie wirkt dabei insofern als ein Hitzeschild, als dass sie das von der Folie umgebene Kabelinnere vor der Hitze beim Aufbringen des Zwischenmantels zumindest teilweise abschirmt. In Abhängigkeit der Verwendung der Materialien, die im Kabelinneren beispielsweise für Leiterisolation etc. verwendet werden, kann es nämlich bei derartig hohen Temperaturen zu unerwünschten Reaktionen oder einem Ausgasen der Materialien kommen. Ein derartiges Ausgasen könnte in unerwünschter Weise dazu führen, dass sich unter dem Zwischenmantel Blasen ausbilden, die lokal den Zwischenmantel nach außen ausbeulen, wodurch eine gewünschte Rundheit des Kabels nicht mehr gewährleistet wäre.
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Die hitzebeständige Folie weist zumindest eine Metallschicht auf. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist dabei die Folie selbst als eine Metallfolie ausgebildet.
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In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei der Folie um eine metallkaschierte Polymerfolie, die eine Trägerschicht aus einem vorzugsweise hitzebeständigen Polymer aufweist, auf der eine Metallisierung angebracht ist.
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Bei der Trägerschicht handelt es sich insbesondere um eine Polyimid-Schicht. Eine derartige metallkaschierte Polyimid-Folie eignet sich insbesondere vorteilhafter Weise als Hitzeschild.
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Sofern vorliegend von Folie gesprochen wird, so wird hierunter verstanden, dass diese eine Dicke von typischerweise 10 bis 100 µm oder bis mehrerer 100 µm aufweist. Die Folie ist darüber hinaus entweder schraubenförmig oder längseinlaufend um das Kabelinnere angebracht.
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Der Leitungskern weist üblicherweise Einzelelemente auf, die speziell als Adern ausgebildet sind. Ein jeweiliges Einzelelement weist daher einen zentralen Leiter, beispielsweise einen Litzenleiter auf, welcher jeweils von einer Aderisolierung umgeben ist. Um eine möglichst kreisrunde Ausgestaltung des Kabels zu erzielen, sind die Einzelelemente von einem Innenmantel umgeben, welcher vorzugsweise die Zwischenräume zwischen den Einzelelementen ausfüllt. Der Innenmantel ist weiterhin unter der Zwischenlage der hitzebeständigen Folie vom Zwischenmantel aus dem Fluorpolymer umgeben.
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Der Innenmantel besteht vorzugsweise wiederum aus einem bis zumindest 100° Celsius und vorzugsweise bis zumindest 200° Celsius wärmebeständigen Polymer. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Innenmantel den Temperaturen beim Aufbringen des Zwischenmantels sowie des Außenmantels stand hält. Bis zu den angegebenen Temperaturen tritt daher kein Erweichen, Schmelzen oder Zersetzen des Kunststoffes auf.
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Für den Innenmantel wird dabei zweckdienlicherweise ein Silikonpolymer verwendet. Beispielsweise wird für den Innenmantel das gleiche Silikonpolymer wie für den Außenmantel verwendet. Bei dem Innenmantel handelt es sich also um einen Silikon-Innenmantel. Unter Silikon-Innenmantel wird dabei verstanden, dass der Innenmantel zum größten Teil aus einem Silikon-Polymer besteht. Insbesondere besteht der Innenmantel aus zumindest 50 Gew%, vorzugsweise aus zumindest 90 Gew% aus einem Silikon-Polymer. Insbesondere besteht der Innenmantel zu 100 % aus einem Silikon-Polymer.
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Der Innenmantel besteht alternativ aus einem in Druck extrudiertem Fluorpolymer, insbesondere aus einem ETFE oder FEP. Bevorzugt wird das unter dem Handelsnamen Fluon AR-8018A bekannte Fluorpolymer verwendet.
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Für den Zwischenmantel wird als Fluorpolymer vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden Fluorpolymere ausgewählt:
- PFA (Perfluoralkoxy-Polymer),
- PTFE (Polytetrafluorethylen),
- FEP (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer),
- ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen),
- MFA (Perfluoralkoxy-Polymer)
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Vorzugsweise wird als Material für den Zwischenmantel ein Compound aus einem der genannten Fluorpolymere, insbesondere aus ETFE mit einem Fluorelastomer verwendet. Durch die Zugabe eines Fluorelastomers wird eine gute (Biege-)Flexibilität erhalten. Der Anteil des Fluorelastomers liegt dabei bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 50 Gew%
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Zweckdienlicherweise ist weiterhin das Kabel abschließend gebildet durch die Komponenten Leitungskern, Innenmantel, hitzebeständige Folie, Zwischenmantel und Außenmantel, die in dieser angegebenen Reihenfolge aufeinander aufgebaut sind und sich jeweils konzentrisch umgeben.
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Der Leitungskern besteht wiederum vorzugsweise lediglich aus mehreren Adern. Bei Bedarf können gegebenenfalls noch ergänzend Füllstränge vorgesehen sein. Insbesondere in diesem Fall kann der Innenmantel ringförmig ausgebildet sein, ohne die Zwischenräume zwischen den Einzelelementen auszufüllen.
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Bei den Adern handelt es sich wahlweise um Signaladern zur Übertragung von Datensignalen und/oder um Versorgungsadern zur elektrischen Leistungsübertragung, also zur Versorgung von elektrischen Komponenten mit elektrischer Energie. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass neben diesen Adern als weitere Einzelelemente beispielsweise Lichtleitelemente (optische Fasern) oder Schläuche etc. angeordnet sind.
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Der Durchmesser derartiger Kabel, speziell für die Verwendung im Medizinbereich liegt dabei typischerweise im Bereich von einigen mm bis maximal einigen 10 mm. Beispielsweise beträgt der Außendurchmesser des Außenmantels 2 mm bis 30 mm. Der hier beschriebene Aufbau des Kabels ist jedoch nicht auf derartige Durchmesserbereiche beschränkt.
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Insgesamt ist durch den hier beschriebenen Aufbau des Kabels ein Kabel bereitgestellt, welches wiederholt in einem Autoklaven zu Sterilisationszwecken bei Temperaturen von zumindest 130° Celsius und erhöhtem Druck behandelbar ist, ohne dass eine Schädigung des Kabels erfolgt. Insbesondere wird durch den Fluorpolymer-Zwischenmantel das Eindringen von Feuchtigkeit zum Leitungskern hin zuverlässig verhindert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt einen Querschnitt eines Kabels.
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Das in der Figur dargestellte Kabel 2 weist einen Leitungskern 4 auf, welcher zunächst von einer hitzebeständigen Folie 6, anschließend von einem Zwischenmantel 8 und schließlich von einem Außenmantel 10 umgeben ist. Der Leitungskern 4 weist wiederum mehrere als Adern ausgebildete Einzelelemente 12 auf, die beispielsweise miteinander verseilt sind. Ein jeweiliges Einzelelement 12 ist dabei gebildet durch einen zentralen Leiter 14, insbesondere Litzenleiter sowie eine diesen umgebende Aderisolierung 16.
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Um diese Einzelelemente 12 ist ein Innenmantel 18 angeordnet, welcher einzelne Zwischenbereiche 20 zwischen den Einzelelementen 12 ausfüllt. Ein zentraler Zwickelbereich zwischen den Einzelelementen 12 ist üblicherweise materialfrei oder es ist ein zentraler (Füll-)Strang angeordnet. Der Innenmantel 18 ist daher insoweit als ein massiver Mantel ausgebildet. Der Innenmantel 18 weist einen kreisrunden Umfang auf und gewährleistet damit einen möglichst kreisrunden Querschnitt des Kabels 2. Der Innenmantel 18 besteht dabei vorzugsweise aus einem Silikon-Polymer.
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Der Außenmantel 10 besteht ebenfalls aus einem Silikon-Polymer.
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Zwischen dem Innenmantel 18 und dem Außenmantel 10 ist der Zwischenmantel 8 angeordnet, welcher aus einem Fluorpolymer besteht oder zumindest ein Fluorpolymer aufweist.
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Vorzugsweise wird als Material für den Zwischenmantel ein Compound aus einem der genannten Fluorpolymere, insbesondere aus ETFE mit einem Fluorelastomer verwendet. Durch die Zugabe eines Fluorelastomers wird eine gute (Biege-)Flexibilität erhalten. Dadurch wird insgesamt eine hohe Biegeflexibilität des Kabels 2 erhalten. Als Fluorelastomere werden allgemein fluorierte Elastomere bezeichnet, die auch unter dem Begriff Fluorkautschuk bekannt sind. Als Material für den Zwischenmantel 8 wird beispielsweise das unter dem Handelsnamen Fluon AR-8018A verwendet (Fluon ist eine Marke der Asahi Glass Company, Ltd.).
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Die hitzebeständige Folie 6 ist insbesondere als eine metallkaschierte Folie ausgebildet, welche eine Trägerschicht 6a speziell aus einem Polyimid und eine darauf aufgebrachte Metallschicht 6b, insbesondere aus Aluminium aufweist. Die Metallschicht 6b ist dabei insbesondere nach außen in Richtung zum Zwischenmantel 8 orientiert.
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Der Außendurchmesser des Kabels 2 und damit des Außenmantels 10 liegt üblicherweise in einem Bereich zwischen 2 mm und 30 mm. Der Außenmantel 10 weist eine Wandstärke auf, die typischerweise größer ist als die des Zwischenmantels 8. Üblicherweise beträgt die Wandstärke des Außenmantels 10 ein Mehrfaches der Wandstärke des Zwischenmantels 8. Die Wandstärke des Außenmantels 10 liegt beispielsweise typischerweise in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm, die Wandstärke des Zwischenmantels 8 typischerweise im Bereich von 0,3 mm bis 2 mm. Weiterhin weist der Leitungskern 4 einen Durchmesser auf, der insbesondere durch den Innenmantel 18 gebildet ist und welcher vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 30 mm liegt.
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Das Kabel 2 wird zweckdienlicherweise im medizinischen Bereich verwendet, beispielsweise zur Versorgung von elektrischen Geräten in Operationssälen, Arztpraxen, etc.. Bei dem mit dem Kabel 2 versorgten Geräten handelt es sich typischerweise um Kleingeräte, die zusammen mit dem Kabel 2 regelmäßig sterilisiert werden. Alternativ handelt es sich bei dem Kabel 2 um ein Verbindungskabel, welches regelmäßig sterilisiert wird. Zum Sterilisieren wird das Kabel 2 in einen sogenannten Autoklaven eingelegt und dort für eine vorgegebene Zeitdauer unter erhöhtem Druck und bei einer Temperatur von typischerweise mehr als 130° Celsius einem Dampf ausgesetzt. Bei dieser Behandlung kann Feuchtigkeit durch den Außenmantel 10 hindurchdringen, jedoch nicht durch den Zwischenmantel 8, welcher eine Dampfsperre bildet.
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Bei der Herstellung des Kabels 2 wird zunächst der Innenmantel 18 auf die beispielsweise miteinander vorher verseilten Einzelelemente 12 speziell durch Extrusion aufgebracht. Anschließend wird die Folie 6 um den Innenmantel 18 gelegt, beispielsweise durch eine Wicklung oder auch längslaufend angeordnet. Anschließend wird der Zwischenmantel 8 aus dem Fluorpolymer ebenfalls durch Extrusion typischerweise mittels einer heißen Extrusion von 380° bis 400 Celsius aufgebracht. Auf diesem Zwischenmantel 8 wird schließlich der Außenmantel 10 aufextrudiert. Der aufgebrachte Silikon-Außenmantel 10 wird nach der Extrusion typischerweise noch zur Vulkanisation/Vernetzung einer Temperaturbehandlung bei Temperaturen von >110° Celsius bis etwa 500° Celsius ausgesetzt.
