DE102009006069A1 - Electric cable - Google Patents
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Abstract
Ein elektrisches Kabel (1) mit einer den Leiter (2) umschließenden Isolierung aus Polytetrafluorethylen weist zwei Einzelschichten (3; 4) auf, von denen die unmittelbar auf dem Leiter (2) befindliche erste Schicht (3) aus einem durch ein thermoplastisches Polymer modifizierten Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht (Fig.).An electrical cable (1) with an insulation of polytetrafluoroethylene enclosing the conductor (2) has two individual layers (3; 4), of which the first layer (3) located directly on the conductor (2) is modified by a thermoplastic polymer Polytetrafluoroethylene (PTFE) consists (Fig.).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit einer den Leiter umschließenden Isolierung aus Polytetrafluorethylen.The The present invention relates to an electrical cable having a the conductor enclosing insulation of polytetrafluoroethylene.
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
Nachteilig hierbei ist, dass die PTFE Isolierung während der weiteren Verfahrensschritte im Betrieb, bei der Verlegung oder Montage so ausgeführter Kabel gegenüber dem umschlossenen elektrischen Leiter eine Relativbewegung ausführen kann, die beispielsweise auch bei einer Konfektionierung solcher Kabel sehr hinderlich ist.adversely Here is that the PTFE insulation during the further Process steps during operation, during installation or installation executed cable opposite the enclosed electrical conductor can perform a relative movement, the for example, even with a packaging of such cables very is a hindrance.
Um
hier weiterzukommen, hat man bereits (
Für bestimmte Anforderungen jedoch, sei es, dass im Betrieb des Kabels besonders hohe Temperaturen zu erwarten sind, sei es, dass die Isolierung in kompakter Form den elektrischen Leiter umschließt, reichen die bekannten Maßnahmen nicht aus, die geforderte Haftfestigkeit der Polytetrafluorethylen-Isolierung auf der Leiteroberfläche zu garantieren.For However, certain requirements, be it that during operation of the cable particularly high temperatures are to be expected, be it that the insulation in compact form enclosing the electrical conductor, sufficient the known measures are not sufficient, the required adhesion polytetrafluoroethylene insulation on the conductor surface to guarantee.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, bei solchen Kabeln, Energie- oder Datenkabeln, deren Isolierung vorzugsweise aus einer kompakten Polytetrafluorethylen Matrix besteht, auch unter extremen äußeren Bedingungen für eine hohe Haftung dieses Materials auf der Leiteroberfläche zu sorgen.outgoing From this prior art, the invention is therefore the task basis for such cables, power or data cables, their isolation preferably consists of a compact polytetrafluoroethylene matrix, even under extreme external conditions for a high adhesion of this material on the conductor surface to care.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, dass die Polytetrafluorethylen-Isolierung aus zwei Einzelschichten besteht, von denen die unmittelbar auf dem Leiter befindliche erste Schicht aus einem durch ein thermoplastisches Polymer modifizierten Polytetrafluorethylen besteht. Damit ist auch bei hohen Zugkräften jegliches Herausrutschen des metallischen Leiters aus der umgebenden Hülle vermieden. Das gilt sowohl für die weitere Verarbeitung dieses 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 beispielsweise Stecker oder sonstige Endeinrichtungen anzuschlagen. Fehlstellen werden so ausgeschlossen, im Falle koaxialer Hochfrequenzkabel, etwa mit einer porösen Isolierung, ist sichergestellt, dass eine Änderung des Dielektrikums zwischen Innen- und Außenleiter durch eine Längsverschiebung der Isolierung nicht möglich ist.Solved this object is achieved according to the invention characterized that the polytetrafluoroethylene insulation of two individual layers of which the first layer located directly on the ladder from a modified by a thermoplastic polymer polytetrafluoroethylene consists. This is even at high tensile forces any Slipping out of the metallic conductor from the surrounding shell avoided. This applies to further processing this cable, as well as for transport or installation or the clothing, where it matters, after settling the insulation over the metallic conductor along a defined conductor length For example, to strike plugs or other terminal equipment. Defects are thus excluded, in the case of coaxial RF cables, about with a porous insulation, is ensured that a change of the dielectric between indoor and Outer conductor by a longitudinal displacement of the insulation not possible.
Da die Haftung der Isolierung nach der Erfindung auf der Leiteroberfläche unabhängig von dem verwendeten Leitermaterial bzw. dessen Oberflächenbeschichtung besonders hoch ist, sie beträgt mindestens das dreifache gegenüber den Haftfestigkeiten handelsüblicher Ausführungen, kommen für die maschinelle Abisolierung auch höhere Fertigungsgeschwindigkeiten in Frage, ein Herausziehen des Leiters aus der umgebenden Isolierung ist ausgeschlossen.There the adhesion of the insulation according to the invention on the conductor surface regardless of the conductor material used or its Surface coating is particularly high, it is at least Threefold compared to the bond strengths commercially available Versions, come for machine stripping Also higher production speeds in question, a withdrawal of the Ladder from the surrounding insulation is excluded.
Die zwei Einzelschichten der Isolierung des nach der Erfindung aufgebauten Kabels können mit Vorteil aus konzentrischen Formkörpern bestehen, die beide gemeinsam auf den Leiter aufextrudiert werden. Eine vorteilhafte Variante der Erfindung besteht darin, dass die beiden Einzelschichten konzentrische Bandwickel sind. Zur Kompaktheit einer so aufgebauten Isolierung mit glatter äußerer Oberfläche trägt in Weiterführung der Erfindung bei, wenn das Wickelband der Einzelschichten eine plankonvexe Querschnittsform aufweist, die bestimmt ist durch eine gekrümmte obere und eine weitgehend gerade untere Begrenzungslinie.The two individual layers of the insulation of the built according to the invention Cable can be used with advantage from concentric moldings which are both extruded together on the conductor. An advantageous variant of the invention is that the two single layers are concentric tape wraps. To the compactness a so-built insulation with smooth outer Surface bears in continuation of the Invention in when the winding tape of the individual layers a plano-convex Has cross-sectional shape, which is determined by a curved upper and a largely straight lower boundary line.
Zur Herstellung der beschriebenen form- und kraftschlüssigen Verbindung nach der Erfindung, die nicht nur durch ein Aufschrumpfen des eingesetzten Polymermaterials begründet ist, sondern eine dauerhafte Verbindung zwischen der Leiteroberfläche und der Isolierung darstellt, wird man in Weiterführung der Erfindung als modifiziertes Polytetrafluorethylen ein Polymergemenge aus PTFE und 5–30 Gew.%, vorzugsweise 10–15 Gew.%, eines thermoplastischen Polymers verwenden.to Production of the described positive and non-positive Compound according to the invention, not only by shrinking of the polymer material used is justified, but a permanent connection between the conductor surface and the isolation, one is in continuation of the Invention as a modified polytetrafluoroethylene a polymer blend of PTFE and 5-30% by weight, preferably 10-15% by weight, use of a thermoplastic polymer.
Da das Polytetrafluorethylen bekanntlich eine sehr hohe Dauertemperaturbeständigkeit aufweist, ist in Durchführung der Erfindung vorgesehen, auch für die Mischungskomponente einen hochwärmebeständigen thermoplastischen Kunststoff zu verwenden. Das können z. B. thermoplastisch verformbare Fluorpolymere sein, etwa auf der Basis von Polyvinylidenfluorid und Polytrifluorchlorethylen, oder von thermoplastischen Copolymeren des Vinylidenfluorids und des Trifluorchlorethylens. Geeignet sind aber auch solche Fluorpolymere auf der Basis von Copolymeren des Tetrafluorethylens mit Ethylen, Hexafluorpropylen sowie Perfluor(alkylvinyl)ethern mit Perfluoralkylresten von 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere mit Perfluor(propylvinyl)ether. Wie ausgeführt, kommt es für die Erfindung auf ein Gemisch oder ein Gemenge mit Polytetrafluorethylen an. Es kann daher oft zweckmäßig sein, von Vorprodukten der genannten Materialien auszugehen, also von solchen Produkten, die als Polymerisate unmittelbar aus dem Reaktor anfallen.Since the polytetrafluoroethylene is known to have a very high continuous temperature resistance, it is provided in carrying out the invention to use a highly heat-resistant thermoplastic material also for the mixture component. This can z. B. be thermoplastically deformable fluoropolymers, such as on the basis of polyvinylidene fluoride and polytrifluorochloroethylene, or of thermoplastic copolymers of vinylidene fluoride and trifluorochloroethylene. Also suitable are those fluoropolymers based on copolymers of tetrafluoroethylene with ethylene, hexafluoropropylene and perfluoro (alkylvinyl) ethers having perfluoroalkyl radicals of 1 to 10 carbon atoms, in particular with perfluoro (propylvinyl) ether. As stated, it depends on the invention to a mixture or a mixture with polytetrafluoroethylene. It may therefore often be appropriate to start from precursors of the materials mentioned, that is, from those products which are obtained as polymers directly from the reactor.
Andere für die Erfindung geeignete Mischungskomponenten des PTFE Gemenges können ein Polysulfon, ein Polyetherimid oder ein Polyethersulfon, aber auch ein Polyetherketon (PEK) sein. Ebenso kann für die Zwecke der Erfindung ein Polyetheretherketon (PEEK) eine vorteilhafte Anwendung finden, wenn es als Mischungskomponente dem PTFE in einer Menge von beispielsweise 10 bis 15 Gew.% zugegeben wird.Other suitable for the invention mixture components of the PTFE Mixtures can be a polysulfone, a polyetherimide or a polyethersulfone, but also a polyetherketone (PEK). As well For the purposes of the invention, a polyetheretherketone (PEEK) find a beneficial application when used as a blend component the PTFE in an amount of, for example, 10 to 15 wt.% Added becomes.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn dem Polytetrafluorethylen als Mischungskomponente ein Polyphenylensulfid (PPS) in einer Menge von 10–15 Gew.% zugegeben wird. Dieser Werkstoff zeichnet sich vor allem durch eine hohe mechanische Festigkeit und Formbeständigkeit in der Wärme aus, durch eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme sowie durch eine hohe Beständigkeit gegen den Angriff durch Chemikalien. Mit diesem Eigenschaftsbild ist das PPS besonders geeignet, zusammen mit der überwiegenden PTFE Komponente eine dauerhaft verschleißfeste Isolierung eines elektrischen Leiters zu gewährleisten.A particularly advantageous embodiment of the invention results when the polytetrafluoroethylene as a mixture component a polyphenylene sulfide (PPS) in an amount of 10-15% by weight is added. This material is characterized mainly by a high mechanical strength and dimensional stability in the Heat out, through a low moisture absorption as well by a high resistance against the attack by chemicals. With this feature image, the PPS is particularly suitable, together with the predominant PTFE component a permanently wear-resistant Insulation of an electrical conductor to ensure.
Nach der Erfindung ist die Umhüllung des Leiters eines elektrischen Kabels zweischichtig aufgebaut. Dabei ist für die Erfindung wesentlich, dass die beiden Schichten kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sind, also eine kompakte Einheit bilden. Um das zu erreichen, sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Umhüllung vor, bei dem zunächst aus einem PTFE Pulver und einem Gleit- oder Schmiermittel durch sog Pastenextrusion ein zylindrischer Formkörper mit einer zentralen Bohrung hergestellt wird. Aus einem Polymergemenge aus PTFE und einem thermoplastischen, hochwärmebeständigen Polymer, mit Vorteil z. B. einem Polypheylensulfid (PPS), wird unter Zusatz der üblichen Gleit- oder Schmiermittel ein zweiter zylindrischer Formkörper mit einer zentralen Bohrung wiederum durch Pastenextrusion erzeugt und in die entsprechend bemessene Bohrung des ersten Formkörpers eingeführt. In die entsprechend den äußeren Abmessungen des elektrischen Leiters bemessene Bohrung des zweiten Formkörpers wird der Leiter eingeführt und schließlich werden beide konzentrischen Formkörper gemeinsam auf den Leiter zur Bildung zweier form- und kraftschlüssig miteinander verbundener Einzelschichten aufextrudiert. Das Polytetrafluorethylen der beiden Schichten wird in Weiterführung der Erfindung nach der Extrusion der beiden Formkörper auf den Leiter gleichzeitig gesintert, wobei das durch die Temperaturerhöhung während des Sinterprozesses an- oder aufschmelzende thermoplastische Polymer Haftbrücken zur äußeren Umfläche des Leiters bildet. Damit ist eine dauerhafte, mechanisch feste und dichte Verbindung zwischen der Leiteroberfläche und seiner Beschichtung aus dem Polytetrafluorethylen gewährleistet.To the invention is the envelope of the conductor of an electrical Cable built in two layers. It is for the invention essential that the two layers positive and positive connected to each other, so form a compact unit. Around To achieve this, the invention provides a method for the production a wrapping before, at first from a PTFE powder and a lubricant by so-called paste extrusion cylindrical shaped body made with a central bore becomes. From a polymer blend of PTFE and a thermoplastic, highly heat-resistant polymer, with advantage z. B. a polypheylene sulfide (PPS), is added with the addition of the usual slip or lubricant, a second cylindrical shaped body in turn, produced by paste extrusion with a central bore and introduced into the appropriately sized bore of the first molded body. In accordance with the external dimensions of the electrical conductor sized bore of the second molded body the leader will be introduced and eventually become both concentric moldings together on the conductor to form two positive and non-positive with each other Connected single layers extruded. The polytetrafluoroethylene the two layers is in continuation of the invention after the extrusion of the two moldings on the conductor sintered at the same time, which is due to the increase in temperature during the sintering process on or melting thermoplastic Polymer adhesive bridges to the outer surface of the Ladder forms. This is a durable, mechanically strong and tight connection between the conductor surface and his Guaranteed coating of the polytetrafluoroethylene.
Zweckmäßig wird die Wanddicke der zweiten Schicht aus dem durch Zumischung eines thermoplastischen Polymers modifizierten Polytetrafluorethylen etwa 10–60% der Wanddicke der gesamten PTFE Beschichtung des elektrischen Leiters betragen.expedient is the wall thickness of the second layer of the by admixing a thermoplastic polymer modified polytetrafluoroethylene about 10-60% of the wall thickness of the entire PTFE coating of the electrical conductor.
Das
gilt auch für die vorgeschlagene Variante der Erfindung,
bei der die Einzelschichten der Isolierung aus konzentrischen Bandwickeln
bestehen. In diesem Fall geht man zur Herstellung eines Kabels nach
der Erfindung so vor, dass der Leiter zunächst mit einer
oder mehreren Lagen eines aus einem Polymergemenge aus PTFE Pulver
und einem thermoplastischen Polymer sowie Gleit- oder Schmiermitteln
durch Pastenextrusion und anschließende Bandformung hergestellten
ungesinterten Bandes umwickelt wird. Bezüglich der Herstellung
eines solchen Wickelbandes aus Polytetrafluorethylen durch Pastenextrusion
und anschließende Bandformung wird ausdrücklich
auf die eigene ältere Anmeldung
Für besondere Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, die Oberfläche des elektrischen Leiters, der aus aus miteinander verseilten Einzeldrähten besteht, zu glätten, insbesondere mit Blick auf eine Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Umfeld des elektrischen Leiters. Für diese Fälle hat es sich in Weiterführung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, das modifizierte Polytetrafluorethylen mit leitfähigen Füllstoffen anzureichern. So kann der Anteil leitfähiger Füllstoffe im Polytetrafluorethylen, das in Pulverform als Ausgangsmaterial vorliegt, 1,5 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.%, betragen. Hierfür geeignete leitfähige Füllstoffe sind beispielsweise Ruße, Graphit, Metalloxide oder dergl.For special applications, it may be appropriate to smooth the surface of the electrical conductor, which consists of stranded with each other individual wires, in particular with a view to a homogenization of the electric field in the environment of the electrical conductor. For these cases, it has proven advantageous in continuing the invention to enrich the modified polytetrafluoroethylene with conductive fillers. Thus, the proportion of conductive fillers in polytetrafluoroethylene, which is present in powder form as starting material, 1.5 to 30 wt.%, Preferably 2 to 20 wt.% Betra Suitable conductive fillers for this purpose are, for example, carbon blacks, graphite, metal oxides or the like.
Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten Energiekabels näher erläutert.The Invention is based on the in the figure as an embodiment explained energy cable explained in more detail.
Das
in der Figur dargestellte Kabel
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