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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines längswasserdichten
Kabels zur Übertragung
elektrischer Ströme
und/oder Signale und/oder optischer Signale mit zumindest zwei jeweils
eine äußere Mantelfläche aufweisenden
Leitersträngen
und einem eine innere Mantelfläche
aufweisenden Außenmantel,
wobei ein Leiterstrang eine Aderummantelung mit wenigstens einer
Ader aufweist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein nach diesem
Verfahren hergestelltes Kabel.
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Damit
Kabel eine Längswasserdichtheit
aufweisen, werden beim Stand der Technik die Hohlräume zwischen
den einzelnen in der Regel kreisrunden Leitersträngen mit einem Füllmaterial
aufgefüllt.
So beschreibt die
DE
36 40 843 A1 ein Kabel, bei dem langgestreckte, durch Kammern
unterteilte, gasgefüllte
Hohlkörper
vorgesehen sind, welche die Hohlräume ausfüllen und so ein Vordringen
von Wasser in Kabellängsrichtung
verhindern. Allerdings müssen diese
Hohlkörper
aufwendig vorgefertigt werden. Ferner können sie keine vollständige Längswasserdichtheit
gewährleisten,
da sie aufgrund ihrer begrenzten Elastizität nicht in Hohlräume, die
eine gewisse Größe unterschreiten,
vordringen können.
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Die
Hohlräume
zwischen den einzelnen Leitersträngen
bzw. zwischen den Leitersträngen
und der Innenseite des Außenmantels
können
auch durch zumindest teilweise in Gegenwart von Wasser aufquellende
Substanzen aufgefüllt
sein, wie in der
DE
35 43 552 A1 offenbart. Hierbei wird unter einem Kabelmantel
ein Trägerband
angeordnet, in dessen Aussparungen in Wasser quellfähige Materialien
eingelagert sind. Allerdings muss auch hier zunächst das Trägerband und die quellfähige Substanz
zur Verfügung
gestellt werden und das Kabel von dem Trägerband umwickelt werden. Es
wäre wünschenswert,
diesen erhöhten
Aufwand hinsichtlich der Materialien und der Herstellung und die
dadurch entstehenden Kosten zu vermeiden.
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Ferner
weisen diese Kabel den Nachteil auf, dass sie nach Herstellung ohne
Verlust ihrer längswasserdichten
Eigenschaften nicht weiter verändert werden
können.
In bestimmten technischen Bereichen, etwa in der Sensortechnik,
ist es aber erforderlich, die Kabel individuell dem jeweiligen Anwendungsfall
anzupassen. So sind etwa Sensoren nachträglich mit Kabeln zu bestücken, deren
Außenmantel
hierfür
jedoch aufgeschnitten und deren Adern getrennt sowie abisoliert
werden müssen,
wodurch eine Längswasserdichtheit
nicht mehr gewährleistet
ist. Außerdem
weist ein Kabel in einem solchen Fall oft nur wenige Zentimeter
Länge auf.
Daher ist es wünschenswert,
bereits bestehende, nicht längswasserdichte
Kabel, nachdem sie individuell für
einen bestimmten Anwendungsfall angepasst worden sind, nachträglich so
zu gestalten zu können,
dass sie eine Längswasserdichtheit
aufweisen. Dies sollte auch bei Bedarf nur in einem kurzen Teilstück des Kabels möglich sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, mit dem ein längswasserdichtes
Kabel geschaffen werden kann, welches auch bei einfacher Fertigung
und bei Einsatz einfachster Mittel eine zuverlässige Längswasserdichtheit aufweist.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines längswasserdichten
Kabels zu ermöglichen
und ein längswasserdichtes
Kabel als solches zu Verfügung
zu steilen, dessen Längswasserdichtheit
auch bei bzw. nach einer Anpassung an individuelle Aufgabenstellung,
etwa nach einer Sensorverkabelung, gewährleistet werden kann. Ferner sollte
auch die Abdichtung nur eines kurzen Teilabschnitts des Kabels ermöglicht werden.
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Diese
Aufgabe wird von einem Verfahren zur Herstellung eines längswasserdichten
Kabels der eingangs erwähnten
Art nach der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und von
einem längswasserdichten
Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Nach
Einlegen der Leiterstränge
in den Außenmantel
werden der Außenmantel
und die Leiterstränge
erhitzt. Durch das Erhitzen erweichen die Leiterstränge und
bilden einen ersten Kontaktbereich mit benachbarten Leitersträngen, in
dem sie beispielsweise flächig
aneinander anliegen. Die thermische Verbindung zwischen den Leitersträngen kommt
insbesondere durch ein Verkleben oder Verschweißen der äußeren Mantelflächen der
benachbarten Leiterstränge
zustande. Dabei wird zumindest eine äußere Schicht eines Leiterstrangs
aufgeschmolzen. Ein hierdurch entstehendes Leiterbündel, welches
aus mehreren miteinander verschweißten Leitersträngen besteht,
wird dabei solange erhitzt, bis es einen in sich geschlossenen,
gas- dampf- und
flüssigkeitsdichten
Kunststoffverbund aufweist. Die Teile der äußeren Mantelfläche der
Leiterstränge, die
nicht mit benachbarten Leitersträngen
thermisch verbunden sind, bilden einen zweiten Kontaktbereich, der
sich in der Regel durch das Erhitzen der inneren Mantelfläche des
Außenmantels
anpasst und fest an diesem anliegt.
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Durch
dieses Verfahren lässt
sich im Gegensatz zum aufgeführten
Stand der Technik beispielsweise ein Sensorelement über einzelne
Leiterstränge individuell
verkabeln oder ein für
eine spezielle individuelle Anwendung benötigtes Kabel in beliebiger Länge aus
bestehenden handelsüblichen
Kabeln zusammenstellen. Zunächst
werden die Leiterstränge in
den Außenmantel
eingelegt. Durch Erhitzen kann ein solcher loser Kabelverbund aus
einzelnen Leitersträngen
dann an beliebiger Stelle und über
eine beliebige Länge
abgedichtet werden. Dabei sei erwähnt, dass sich die Leiterstränge durch
die Wärmeeinwirkung
derart erweichen, dass sie plastisch verformbar sind, so dass sie
sich flächig
aneinander anlegen. Sich beispielsweise zwischen einzelnen Leitersträngen befindliche
Luft wird durch das plastische Verformen der Leiterstränge verdrängt. Um
eine thermische Verbindung zwischen den Leitersträngen zu gewährleisten,
werden diese in der Regel so erhitzt, dass die Aderummantelung aufschmilzt.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der gesamte
Teil der äußeren Mantelfläche der
Leiterstränge,
der nicht über
den ersten Kontaktbereich mit benachbarten Leitersträngen verbunden
ist, den zweiten Kontaktbereich bildet. Dies hat insbesondere den
Vorteil, dass zwischen der äußeren Mantelfläche der
Leiterstränge
und der inneren Mantelfläche
des Außenmantels
keine Lufteinschlüsse
mehr vorhanden sind. Durch die Wärmeeinwirkung
beim Erhitzen erweichen die einzelnen Leiterstränge, werden plastisch verformbar,
passen sich in ihrer Form einander an und verbinden sich thermisch
miteinander. Gleichzeitig passt sich das aus den sich thermisch
verbindenden Leitersträngen
bestehende Leiterbündel
der inneren Mantelfläche
des Außenmantels
an und liegt mit seiner äußeren Fläche also
bevorzugt vollständig
und fest an dieser an.
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Um
dieses feste Anliegen sicher gewährleisten
zu können,
kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Außenmantel zumindest teilweise
von einem vorgedehnten Schrumpfschlauchabschnitt aus einem Kunststoff,
insbesondere aus dem thermoelastischen Kunststoff PTFE oder dem
Kunststoff PVDF gebildet ist, und durch das Erhitzen auf die Leiterstränge aufgeschrumpft
wird. Hierdurch wird zum einen garantiert, dass die innere Mantelfläche des Außenmantels
das Leiterbündel
fest umschließt,
welches somit fest an der inneren Mantelfläche des Außenmantels anliegt.
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Zum
anderen werden durch das radiale Zusammenziehen des Außenmantels
aufgrund des Erhitzens die einzelnen Leiterstränge aneinandergedrückt. Hierdurch
wird die Entstehung der thermischen Verbindung zwischen den Leitersträngen deutlich
begünstigt.
Der vom Zusammenziehen des Außenmantels
bewirkte radiale Druck auf die Leiterstränge sorgt darüber hinaus
dafür,
dass die Leiterstränge
nach dem Erweichen durch das Erhitzen verformen, sich aneinander
anpassen und im ersten Kontaktbereich flächig aneinander liegen. Gleichzeitig
passt sich dass entstehende Leiterbündel mit seiner äußeren Form
an die innere Mantelfläche
des Außenmantels
an. Luft, die sich eventuell zwischen den einzelnen Leitersträngen befindet,
wird verdrängt. Ein
Vorteil des Einsatzes eines Schrumpfschlauchs ist auch, dass sich
durch das Aufbringen eines ausschließlich radialen und gleichmäßigen Drucks
keine Kräfte
auf die Adern wirken, welche die Adern der Leiterstränge innerhalb
des entstehenden Leiterbündels
verschieben könnten,
was ansonsten unter Umständen
ein Kurzschließen
einzelner Adern zur Folge hätte.
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Die
Verwendung eines Schrumpfschlauchabschnitts hat insbesondere einen
Vorteil, wenn ein Kabel über
eine größere Strecke
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
abgedichtet werden soll. Bewegt sich etwa eine Wärmequelle relativ zum Kabel
oder umgekehrt, so zieht der Außenmantel sich
radial zusammen, die Luft in vorliegenden Zwischenräumen wird
von den durch das Erhitzen erweichenden und aneinander gedrückten Leitersträngen verdrängt. Vor
dem Bereich, in dem der lose Verbund von Leitersträngen und
Außenmantel
entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens
einen in sich geschlossenen Kunststoffverbund zu bilden beginnt, wird
die Luft so wirkungsvoll hergetrieben.
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An
dieser Stelle sei erwähnt,
dass mit einem Schrumpfschlauchabschnitt hier lediglich gemeint
ist, dass ein schlauchartiger Außenmantel Verwendung finden
soll, der die Eigenschaft besitzt, sich bei Erwärmung radial zusammenzuziehen
und somit die Leiterstränge
aneinander zu drücken
vermag. Es ist nicht entscheidend, ob ein solcher Außenmantel
im Verkehr als Schrumpfschlauch bezeichnet wird.
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In
einer bevorzugten Anwendungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist das die äußere Mantelfläche des
Leiterstrangs bildende Material aus einem thermoplastischen Kunststoff,
insbesondere aus TPE oder den fluorhaltigen Kunststoffen PFA, MFA
oder FEP gefertigt. Diese Materialien weisen günstige thermoplastische Ei genschaften
auf und eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für die verfahrensbedingt
angestrebte thermische Verbindung.
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Es
kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass die äußere Mantelfläche des
Leiterstrangs von der Aderummantelung gebildet wird. In einem solchen
Fall bildet das Material der Aderummantelung also auch die äußere Mantelfläche des
Leiterstranges. So können
auch einfach isolierte, handelsübliche
Kabel problemlos als Leiterstrang eingesetzt werden.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Außenmantel und/oder die Aderummantelung
mehrschichtig ausgeführt
ist. Eine Mehrschichtigkeit des Außenmantels kann etwa dadurch
bedingt sein, dass dieser eine innere Schicht aus einem Material
aufweist, welches besonders für
das Eingehen einer thermischen Verbindung mit den Leitersträngen bzw. dem
Leiterbündel
geeignet ist, während
eine äußere Schicht
von einem Schrumpfschlauchabschnitt gebildet ist und die bereits
genannten verfahrenstechnischen Vorteile gewährleistet. Analog hierzu kann
die Aderummantelung ebenfalls eine äußere Schicht aufweisen, die
sich besonders für
das thermische Verbinden mit der inneren Mantelfläche des
Außenmantels
eignet.
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Für das Vorliegen
einer Mehrschichtigkeit etwa des Außenmantels ist dabei alleine
entscheidend, dass das Kabel nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
einen Außenmantel aufweist,
der als mehrschichtig angesehen werden kann. Auch als Mehrschichtigkeit
des Außenmantels angesehen
und somit als zur Erfindung gehörend wird
beansprucht, wenn die einzelnen Schichten des Außenmantels vor der Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht untereinander verbunden sind. Vor dem Erhitzen können so
beispielsweise Mittel wie ein separates Dichtmittel in Form eines schlauchartigen
Mantels, eines Pulvers, einer Paste oder eines Granulats und/oder
ein Stahlgeflecht zur Abschirmung um die Leiterstränge gelegt
werden, welche dann wiederum von einer äußeren Schicht des Außenmantels
umschlossen werden. Ein solches Dichtmittel ist dann wie das die äußere Mantelfläche des
Leiterstrangs bildende Material bevorzugt aus einem thermoplastischen
Kunststoff, insbesondere aus TPE oder aus einem der fluorhaltigen
Thermoplasten PFA, MFA oder FEP, gefertigt.
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Eine
alternative Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
die innere Mantelfläche
des Außenmantels
und die äußere Mantelfläche der
Leiterstränge
sich beim Erhitzen in dem zweiten Kontaktbereich thermisch miteinander
verbinden, so dass der in sich geschlossene, gas-, dampf- und flüssigkeitsdichten
Kunststoffverbund sich auf den Außenmantel erstreckt. Bei besonderen
Anforderungen an die Dichtheitseigenschaften des Kabels wird so
garantiert, dass der in sich geschlossene Kunststoffverbund des
Leiterbündels
sich über
den zweiten Kontaktbereich auch auf den Außenmantel erstreckt, so dass
die Möglichkeit
des Auftretens von ungewollten Undichtigkeiten zwischen Leiterbündel und
Außenmantel
noch weiter verringert wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist ferner wünschenswert,
dass die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffs,
der die äußere Mantelfläche des
Leiterstrangs bildet, niedriger ist als die Erweichungstemperatur
des Kunststoffs des Schrumpfschlauchabschnittes. Hierdurch kann zuverlässig gesichert
werden, dass die angestrebte thermische Verbindung zwischen benachbarten
Leitersträngen
im ersten Kontaktbereich bzw. – sofern gewünscht – die thermische
Verbindung zwischen der inneren Mantelfläche des Außenmantels und der äußeren Mantelfläche der
Leiterstränge
im zweiten Kontaktbereich zustande kommt, ohne dass das Material
des Außenmantels über seinen
Schmelzpunkt hinaus bzw. über
die Temperatur hinaus, bei welcher der Kunststoff thermisch stabil
ist, erhitzt werden muss. Die Leitermäntel können also aufschmelzen und
sich verbinden, wobei der Außenmantel
auch die Schmelze sicher umhüllt,
ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser selbst aufschmilzt. In
besonderen Fällen
kann für
das Erhitzen des losen Kabelverbunds auch vorgesehen sein, dass
das die Leiterstränge
bildende Material nur in einem Randbereich anschmilzt. Hierdurch
kann die Gefahr, dass sich einzelne Adern innerhalb des sich bildenden
Leiterstrangs verschieben, noch weiter verringert werden.
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Ferner
kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein,
dass zwischen der Aderummantelung und der Ader eine die Ader umgebende
Folie, insbesondere eine Polyimid-Folie, angeordnet ist. Die Polyimid-Folie
als solche hat dabei die Aufgabe, eine gute Biegsamkeit des Kabels
zu gewährleisten,
in dem sie zwischen der Aderummantelung und der Ader Verschiebungen
zulässt,
wie sie durch die unterschiedlichen Biegeradien entstehen können. Bei
Kunststoffen, die auch mit Metallen verkleben, wird somit beispielsweise
vermieden, dass Kräfte
von dem in sich geschlossenen Kunststoffverbund auf die Ader, die
beispielsweise aus einer Kupferlegierung gefertigt ist, übertragen
werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann darüber
hinaus dadurch gekennzeichnet sein, dass die Wärmequelle eine Heißluftquelle,
eine Strahlungsquelle oder eine Kontaktheizung ist. Je nach Anforderung
an das Verfahren, ist eine bestimmte Wärmequelle zu bevorzugen. So
würde sich
bei der manuellen Durchführung
etwa ein Heißluftgebläse aufgrund der
einfachen Handhabbarkeit und der universellen Einsetzbarkeit anbieten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kabels,
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2a zwei
Leiterstränge,
die jeweils eine Aderummantelung mit zwei Adern aufweisen, innerhalb
eines Außenmantels
vor der Durchführung
des bestimmungsgemäßen Verfahrens
(Schnitt A-A),
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2b einen
Querschnitt des Kabels gemäß 2a nach
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
(Schnitt B-B),
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3a drei Leiterstränge, die jeweils eine Aderummantelung
mit einer Ader aufweisen, innerhalb eines mehrschichtigen Außenmantels,
der innenseitig ein Dichtmittel aufweist, vor der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
(Schnitt A-A), und
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3b einen
Querschnitt des Kabels gemäß 3a nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
(Schnitt B-B).
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1 zeigt
eine skizzenhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen Kabels 1.
Das Kabel 1 weist zwei Leiterstränge 2 auf, die in
diesem Fall von jeweils einer Aderummantelung 4 mit einer
Ader 5 gebildet sind. Die Leiterstränge 2 sind innerhalb
eines Außenmantels 3 angeordnet.
Der Außenmantel 3 ist dabei
von einem Schrumpfschlauch gebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist hier nur rein exemplarisch in einem mittleren Bereich des Kabels 1 angewandt
worden. Selbstver ständlich
kann dies auch über
die gesamte Länge
oder an verschiedenen Stellen des Kabels 1 durchgeführt werden.
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Die 2a und 3a zeigen jeweils einen möglichen
Querschnitt eines Kabels 1 im Schnitt A-A. Der Schnitt
ist hier exemplarisch in 1 angedeutet, ohne dass die 2a oder 3a dem tatsächlich in 1 dargestellten
Kabel 1 entsprechen. Gleiches gilt für die 2b und 3b in
Bezug auf den in 1 angedeuteten Schnitt B-B.
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2a bzw. 2b zeigen
eine mögliche Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Kabels
vor bzw. nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In 2a weist
das Kabel 1 zwei Leiterstränge 2 auf, die jeweils
von einer Aderummantelung 4 und zwei Adern 5 gebildet
sind. Die vom Außenmantel 3 umgebenen
Leiterstränge 2 liegen
nicht flächig
aneinander. Der Außenmantel 3 und
die Leiterstränge 2 bilden
einen losen Kabelverbund. Durch Erhitzen zieht sich der aus einem
Schrumpfschlauch bestehende Außenmantel 3 zusammen.
Gleichzeitig erwärmt
sich der gesamte Kabelverbund und der Außenmantel 3 und die
Leiterstränge 2 erweichen
bzw. schmelzen auf. Entsprechend 2b werden
durch die vom sich zusammenziehenden Außenmantel 3 ausgeübte Radialkraft
die benachbarten Leiterstränge 2 in
einem ersten Kontaktbereich 6 aneinander gepresst und verbinden
sich aufgrund des erweichten Materials thermisch miteinander zu
einem Leiterbündel 7,
das einen in sich geschlossenen gas-, dampf- und flüssigkeitsdichten
Bereich aufweist. Mit einem zweiten Kontaktbereich 8 liegen
die Leiteränge 2 fest
an einer innern Mantelfläche
des Außenmantels 3 an.
In dem in 2b illustrierten Fall ist der Außenmantel 3 einschichtig
ausgeführt.
Je nach Materialkombination können
sich die Leiterstränge 2 über die
innere Mantelfläche
des Außenmantels 3 mit diesem
thermisch verbinden, so dass sich der in sich geschlossene Kunststoffverbund über das
Leiterbündel 7 hinaus
auf den Außenmantel 3 erstreckt. Über die
Notwendigkeit einer solchen Verbindung zwischen Außenmantel 3 und
Leiterbündel 7 entscheidet
dabei der jeweilige Anwendungsfall.
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Die 3a und 3b zeigen
nach dem Schema der 2a und 2b eine
weitere Variante der Erfindung. Hier sind drei Leiterstränge 2 innerhalb
des Außenmantels 3 angeordnet,
die jeweils eine Aderummantelung 4 mit jeweils einer Ader 5 aufweisen.
Der Außenmantel 3 ist
hier jedoch mehrschichtig ausgeführt.
Dessen innere Mantelfläche
ist von einem Dichtmittel 9 gebildet. Durch Erhitzen schrumpft
der hier mehrschichtige Außenmantel 3, dessen äußere Schicht
von einem Schrumpfschlauch gebildet ist, auf die Leiterstränge 2 auf.
Die Leiterstränge 2,
werden in dem ersten Kontaktbereich 6 aneinander gepresst
und verbinden sich thermisch miteinander, so dass sie ein Leiterbündel 7 bilden,
welches einen in sich geschlossenen Kunststoffverbund aufweist.
Mit dem zweiten Kontaktbereich 8 liegen die Leiterstränge 2 fest
an der inneren Mantelfläche
des Außenmantels 3 an.
Im Gegensatz zu der 2b und dem einschichtigen Außenmantel 3 verbindet
sich in 3b aber die die innere Mantelfläche des
Außenmantels 3 mit
den Leitersträngen über das
Dichtmittel 9.
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Ein
Dichtmittel 9 kann auch dann von Vorteil sein, wenn das
Leiterbündel 7 etwa
von einem Stahlgeflecht zur Abschirmung umgeben sein soll. Dieses kann
bei üblichen
Kabeln dazu führen,
dass sich Flüssigkeiten
in Zwischenräumen
zwischen dem Außenmantel 3 und
dem Leiterbündel 7 beispielsweise durch
Kapillarwirkung hindurchgelangen können. Ein Dichtmittel 9 hingegen,
dass während
des Erhitzens aufschmilzt und bevorzugt auch mit Metall verkleben kann,
wird das Stahlgeflecht sicher umschließen und in den Außenmantel 3 einbetten.
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In 3a bzw. 3b wird
auch ein Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber einem
einfachen Umspritzen der Leiterstränge 2 mit einem thermoplastischen
Kunststoff deutlich. Während
bei einem Umspritzen sich ein mit dem Dichtmittel 9 vergleichbarer
Thermoplast um die äußere Form
der Leiterstränge 2 legt
und sich dieser anpasst, wird verformen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Leiterstränge 2 im
ersten Kontaktbereich und verbinden sich untereinander.
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- 1
- Längswasserdichtes
Kabel
- 2
- Leiterstrang
- 3
- Außenmantel
- 4
- Aderummantelung
- 5
- Ader
- 6
- erster
Kontaktbereich
- 7
- Leiterbündel
- 8
- zweiter
Kontaktbereich
- 9
- Dichtmittel