DE4420328C2 - Kabelmantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kabelmantel gemäß Oberbegriff des An­ spruchs 1 und ein damit aufgebautes Kabel.

Ein solcher Kabelmantel ist aus der DE 32 14 447 A1 bekannt. Der bekannte Kabelmantel weist mehrere Schichten auf, von denen eine aus ungesintertem PTFE-Band bestehen kann.

Bei dem mit einem solchen Kabelmantel versehenen Kabel kann es sich um ein elektrisches oder ein optisches Kabel handeln oder um ein Kabel, das sowohl elektrische Leiter als auch optische Leiter, insbesondere in Form von optischen Fasern, enthält. Ein solches Kabel kann ein ein- oder mehradriges Kabel mit oder ohne elektrisch leitenden Schirm sein, mit einem Koaxialaufbau oder einem beliebigen anderen Aufbau.

Ein Koaxialkabel weist innerhalb eines Schirms mindestens einen isolier­ ten Innenleiter auf.

Häufig sind mehr als ein Innenleiter vorgesehen, bspw. ein Paar mit­ einander verdrillte isolierte Innenleiter.

Es gibt Anwendungen, bei welchen leichte, feste Kabel benötigt werden. Häufig sollen sie zusätzlich noch flexibel und temperaturbeständig sein. Dies bedingt einen entsprechenden Kabelmantel, der demnach ebenfalls leicht, fest, und gegebenenfalls flexibel und temperaturbestandig sein muß. Ein Beispiel für solche Anwendungen ist der Einsatz von Kabeln im Triebwerksraum eines Flugzeuges.

Bekannt sind folgende Kabelmäntel:

• 1. Ein Kabelmantel aus extrudiertem Ethylentetrafluorethylen (ETFE):
  Dieser Kabelmantel ist durch Extrusion von vernetztem ETFE (Handels­ bezeichnung Tefzel) hergestellt worden. Ein derartiger Kabelmantel ist jedoch nur bis 150°C stabil, was für den Einsatz im Triebwerksraum eines Flugzeuges nicht ausreicht. Damit dieser bekannte Kabelmantel eine mechanische Stabilität erhält, wie sie für viele Anwendungen erfor­ derlich ist, muß er eine Mindestdicke aufweisen, die ihn für Anwendun­ gen, bei denen es auf möglichst geringes Gewicht ankommt, wie in Flugzeugen, zu schwer macht. Ein Kabelmantel aus ETFE mit einer solchen Mindestdicke ist außerdem relativ steif, was die Verlegung auf engem Raum und mit engen Biegungen, wie sie in Flugzeugen häufig erforderlich ist, behindert.
• 2. Kabelmantel aus extrudiertem Perfluoralkoxy (PFA):
  Bei einem solchen Kabelmantel treten die gleichen Probleme wie bei einem Kabelmantel aus ETFE auf.
• 3. Kabelmantel aus Kapton, gewickelt und in Lack getaucht:
  Kapton ist eine Warenbezeichnung für ein Polyimid. Der Lack schützt das Kapton vor Eindringen von Flüssigkeit. Wenn die Lack-Lage beschädigt wird, bspw. durch Ankratzen, hydrolisiert das Polyimid nach Eindringen von Flüssigkeit. Ferner erlaubt der Lack ein Bedrucken des Kabelmantels. Das Polyimid selbst ist goldfarben und ist somit nicht bedruckbar. Die Verwendung von Kapton macht diesen bekannten Kabelmantel sehr steif.

Aus der DE 25 47 152 A1 ist es bekannt, elektrische Kabel mit einer oder mehreren elektrischen Abschirmungen in Form einer durch Ein­ lagern elektrisch leitender Partikel leitfähig gemachten Folie aus PTFE zu versehen. Die Folie wird ungesintert auf ein ungesintertes Kabel aufgebracht und laminiert. Anschließend wird das Kabel mit der Folie insgesamt gesintert.

Aus der bereits genannten DE 32 14 447 A1 ist es bekannt, den Kabel­ mantel dadurch herzustellen, daß ein Wickelband aus ungesintertem Polytetrafluorethylen (PTFE) nach dem Wickeln auf den Kabelunterbau gesintert wird, was aufgrund der Eigenschaft von PTFE, beim Sintern stark zu schrumpfen, zu einer Volumenkontraktion des Wickelbandes führt, wodurch das Wickelband fest auf den Kabelunterbau aufgepreßt wird. Dies bewirkt aber ein Quetschen des Kabelunterbaus, was eine unerwünschte Veränderung des elektrischen Verhaltens des Kabels, beispielsweise eine Veränderung des Wellenwiderstandes des Kabels, nach sich zieht. Sintert man das PTFE-Wickelband nicht, bleibt es nach dem Wickeln lose auf dem Kabelunterbau, so daß es verrutschen und sich verwerfen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kabelmantel für ein Kabel verfügbar zu machen, der leicht, auf dem Kabelunterbau festsit­ zend, möglichst auch flexibel und bis zu relativ hoher Temperatur beständig ist und der das elektrische Verhalten des Kabels möglichst wenig beeinträchtigt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Kabelmantel mit den Merk­ malen des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kabelmantels sind in den Unteransprüchen angegeben.

PTFE kann durch Expandieren in eine mikroporöse Form gebracht werden, wie es aus der US 4 187 390 bekannt ist.

Dadurch, daß der erfindungsgemäße Kabelmantel einen Innenmantel aus ungesintertem mikroporösen PTFE aufweist und darüber einen gesinter­ ten Außenmantel aus PFA, FEP, ETFE oder ECTFE, und damit aus einem Material, dessen Sintertemperatur deutlich niedriger ist als die Sintertemperatur von PTFE, kann man einen Kabelmantel herstellen, bei dem einerseits die guten elektrischen Eigenschaften von mikroporösem PTFE genutzt werden können und bei dem andererseits das gewickelte PTFE durch den gesinterten Außenmantel festgehalten wird, ohne daß das PTFE den Kabelkern zusammenpreßt, weil das PTFE beim Sintern des Außenmantels ungesintert bleibt.

Der Innenmantel kann aus gefülltem expandierten PTFE bestehen. Bei dem PFA des Außenmantels kann es sich um orientiertes PFA handeln.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Innenmantel mehrere, vorzugsweise drei, Lagen expandiertes PTFE mit einer ersten Wickelrichtung und mehrere, vorzugsweise drei, darüber befindliche Lagen expandiertes PTFE mit einer zweiten Wickelrichtung auf. Dabei sind die Wickelrichtungen vorzugsweise so gewählt, daß die Längsränder der zu verschiedenen Wickelrichtungen gehörenden PTFE-Bänder senk­ recht zueinander verlaufen.

Vorzugsweise wird der Innenmantel aus expandiertem PTFE mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1,3 · 10⁸ N/m² (etwa 20 000 psi) gewickelt.

Vorzugsweise weist auch der Außenmantel mehrere, bspw. drei, Lagen auf, die aus PFA bestehen oder aus FEP, ETFE oder ECTFE.

Der erfindungsgemäße Kabelmantel weist eine geringere Gesamtdicke als die extrudierten bekannten Kabelmäntel auf. Die Gesamtdicke des erfin­ dungsgemäßen Kabelmantels beträgt vorzugsweise etwa 90 bis 140 µm.

Um expandiertes PTFE, ein bekanntes Isolationsmaterial für elektrische Kabel, selbst an dem Kabel, beispielsweise an dem Schirm, genügend festzuhalten, muß es gesintert werden, und zwar mit einer Temperatur von etwa 350 bis 410°C. Ein derartiges Sintern führt aber zu einem extremen Schrumpfen des PTFE-Mantels. Dadurch wird die innerhalb des PTFE-Kabelmantels befindliche Kabelstruktur stark gequetscht, was insbesondere dann problematisch ist, wenn die Kabelstruktur mehrere verdrillte Innenleiter aufweist. Ein solches starkes Quetschen der Kabel­ struktur führt zu Veränderungen des elektrischen Verhaltens eines solchen Kabels, bspw. des Wellenwiderstandes, was bei Kabeln für die Übertragung hochfrequenter Signale oder schneller binärer Daten unbe­ dingt vermieden werden muß.

Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme dadurch über­ wunden, daß auf das PTFE des Kabelmantels eine oder mehrere Lagen aus PFA oder aus FEP, ETFE oder ECTFE gewickelt werden. PFA und die anderen genannten Materialien können bei einer Temperatur gesintert werden, die niedriger als die zum Sintern von PTFE erforderliche Tem­ peratur ist. Beim Sintern dieser Materialien behält das PTFE daher seine Struktur. Durch den gesinterten Außenmantel aus einem dieser Materia­ lien wird der Innenmantel aus PTFE auf dem Kabel fixiert, jedoch nur in einem solchen Maß, daß der Kabelkern nicht verformend gequetscht wird und daß der Kabelmantel bei Bedarf wieder vom Kabel gelöst werden kann, bspw. beim Abisolieren zum Zweck des Anschließens an ein Gerät oder an einen elektrischen Verbinder. Würde man das PTFE sintern, wäre ein problemloses Lösen des Kabelmantels vom Kabel nicht möglich, da die Verbindung zwischen Kabel und PTFE aufgrund des extremen Schrumpfens des PTFE zu fest wäre.

Das Wickeln des Innenmantels mit unterschiedlichen Wickelrichtungen führt zu einer erhöhten Schnittfestigkeit des Kabelmantels. Würde man das gesamte PTFE in einer einzigen Wickelrichtung auf das Kabel wickeln, würden die Mikrofasern des expandierten PTFE alle in die gleiche Richtung zeigen und könnten leicht durchschnitten werden.

Für den Innenmantel wird expandiertes PTFE bevorzugt, das gefüllt ist, vorzugsweise mit PFA, weil ungefülltes expandiertes PTFE-Band zwar in seiner Längsrichtung eine hohe Stabilität aufweist, weniger aber in seiner Querrichtung. Dies kann bei manchen Wickelmaschinen dazu führen, daß das PTFE-Band ausfranst. Die Füllung bspw. mit PFA, des expandierten PTFE führt zu einem Verkleben der Fasern des PTFE- Bandes, so daß sich das Band leichter wickeln läßt.

Die Füllung des PTFE mit PFA wird dadurch erreicht, daß dem PTFE- Pulver, aus dem das expandierte PTFE-Band erzeugt wird, PFA-Pulver zugesetzt wird.

Für den Außenmantel wird orientiertes, d. h., hinsichtlich seiner Mole­ küle ausgerichtetes, PFA bevorzugt, weil dieses stabiler und besser wickelbar ist.

Je nach Wickelmethode und Wickelmaschine kann man aber ungefülltes expandiertes PTFE und nicht-orientiertes PFA für den erfindungs­ gemäßen Kabelmantel verwenden. Für die restlichen gewünschten Eigen­ schaften, nämlichen Leichtigkeit, Festigkeit, Flexibilität und Beständig­ keit gegenüber relativ hohen Temperaturen, spielt es keine Rolle, ob das expandierte PTFE gefüllt ist oder nicht oder ob man für den Außen­ mantel orientiertes oder nicht-orientiertes Material wie PFA verwendet.

Erfindungsgemäß wird der Außenmantel aus gewickeltem Material wie PFA hergestellt. Die geringen Wandstärken, die für einen Kabelmantel mit gewünschtem niedrigen Gewicht einzuhalten sind, ließen sich durch Extrusion von solchem Material nicht erreichen.

Der Innenmantel aus expandiertem PTFE kann mit einer Beschriftung oder einem Muster bedruckt werden, da das PFA des Außenmantels die Druckfarbe an dem PTFE-Innenmantel hält und außerdem durchsichtig ist. Ein Bedrucken des PFA selbst wäre nur nach Anätzen und durch an­ schließende Fixierung durch Sintern machbar.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform näher erläutert, die in der beiliegenden Zeichnung mit einer einzigen Figur dargestellt ist.

Diese Figur zeigt in schematischer, nicht-maßstabsgetreuer Seitenansicht den Aufbau eines Koaxialkabels 11 mit einem erfindungsgemäßen Kabel­ mantel. Dieses Kabel besitzt einen Kabelkern 13, bei dem es sich um einen oder mehrere isolierte elektrische Leiter handelt. Der Kabelkern 13 ist von einem Schirm 15 umgeben, bei dem es sich bspw. um ein Geflecht aus dünnen elektrisch leitenden Drähten handelt. Auf dem Schirm 15 befindet sich ein gewickelter Innenmantel 17 aus expandier­ tem PTFE. Dieser umfaßt einen inneren Wickel 19 und einen äußeren Wickel 21. Die beiden Wickel 19 und 21 bestehen je aus mehreren, vorzugsweise drei, Lagen eines gewickelten Bandes aus expandiertem PTFE. Die beiden Wickel 19 und 21 haben eine unterschiedliche Wickelrichtung, vorzugsweise derart, daß die Längsränder der zum inneren Wickel 19 gehörenden PTFE-Bänder und die Längsränder der zum äußeren Wickel 21 gehörenden PTFE-Bänder in etwa senkrecht zueinander verlaufen.

Auf dem äußeren Wickel 21 befindet sich ein Außenmantel 23 aus ge­ wickeltem PFA.

Zur Herstellung des Kabelmantels des in der Figur gezeigten Koaxial­ kabels wird zunächst der innere Wickel 19 in der ersten Wickelrichtung und mit der gewünschten Anzahl Lagen PTFE-Band auf den Schirm 15 gewickelt. Danach wird der äußere Wickel 21 mit der zweiten Wickel­ richtung und mit der gewünschten Anzahl Lagen auf den inneren Wickel 19 gewickelt. Wenn der Kabelmantel mit einer Beschriftung und/oder einem Muster versehen werden soll, wird nun der Außenumfang des äußeren Wickels 21 entsprechend bedruckt. Danach wird der PFA- Außenmantel auf den äußeren Wickel 21 gewickelt und anschließend durch Erhitzen auf eine geeignete Temperatur gesintert.

Bei Verwendung von PFA für den Außenmantel ist ein Kabel mit einem erfindungsgemäßen Kabelmantel geeignet für Temperaturen bis 260°C.

Wenn eine Eignung nur für niedrigere Temperaturen erforderlich ist, kann für den Außenmantel anstelle von PFA-Band auch ein Band aus FEP, ETFE oder ECTFE verwendet werden.

Claims (15)

1. Kabelmantel in Form mehrschichtig gewickelter Bänder, mit minde­ stens einem Band aus einem polymeren Fluorkohlenwasserstoff (zum Beispiel PTFE) und mindestens einem Band aus einem anderen Kunst­ stoff, wobei eine der Bandschichten ungesintert ist, für übliche Kabel­ kerne, gekennzeichnet durch
einen gewickelten, über dem Kabelkern (13) aufgebrachten Innenmantel (17) aus mindestens einem durch Expandieren mikroporös gemachten ungesinterten Polytetrafluorethylen (PTFE) und
mindestens einen über den Innenmantel (17) gewickelten Außenmantel (23) aus gesintertem Bandmaterial aus Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP), Ethylentetrafluorethylen (ETFE) oder Ethylen­ chlortrifluorethylen (ECTFE), wobei dieses Bandmaterial in ungesinter­ ter Form aufgebracht und anschließend bei Temperaturen unter der Sintertemperatur von Polytetrafluorethylen gesintert worden ist.

2. Kabelmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (17) aus gefülltem PTFE besteht.

3. Kabelmantel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das PTFE mit PFA gefüllt ist.

4. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenmantel (23) aus orientiertem PFA besteht.

5. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenmantel (17) mehrere Lagen PTFE mit einer ersten Wickelrichtung (19) und mehrere darüber befindliche Lagen PTFE mit einer zweiten Wickelrichtung (21) aufweist.

6. Kabelmantel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder der zur ersten Wickelrichtung gehörenden Lagen (19) und die Längsränder der zur zweiten Wickelrichtung gehörenden Lagen (21) senk­ recht zueinander liegen.

7. Kabelmantel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (17) in jeder Wickelrichtung drei Lagen aufweist.

8. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenmantel (23) mehrere Lagen PFA aufweist.

9. Kabelmantel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (23) drei Lagen PFA aufweist.

10. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Lage des Kabelmantels (23) eine Dicke von etwa 10 bis 30 µm aufweist.

11. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kabelmantel (17, 23) eine Gesamtdicke von etwa 90 bis 140 µm aufweist.

12. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenmantel (17) aus expandiertem PTFE mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1,3 · 10⁸ N/m² gewickelt ist.

13. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er unmittelbar auf elektrische und/oder optische Leiter des Kabels gewickelt ist.

14. Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er auf einen elektrisch leitenden Schirm des Kabels gewickelt ist.

15. Elektrisches Kabel, gekennzeichnet durch einen Kabelmantel nach einem der Ansprüche 1 bis 14.