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Die
Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leitung, die mindestens
einen elektrischen Leiter aufweist, der einen als zugfestes Element
ausgebildeten, nicht metallischen Kern hat, um den herum eine rundum
geschlossene Schicht bildende metallische Drähte aus elektrisch gut leitendem
Material angeordnet sind, die von einer Isolierung umgeben sind (
EP 0 477 982 A2 ).
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Derartige
Leitungen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, und
zwar sowohl als elektrische Leiter als auch als Heizleiter, beispielsweise
in den Sitzen von Personenkraftwagen. Sie müssen sehr gut biegbar und zugfest
sein und außerdem
hohe mechanische Belastungen aushalten können. Das gilt bereits für ihre Konfektionierung,
ihre weitere Verarbeitung und bei ihrer Verlegung, besonders aber
im laufenden Betrieb. Die Leitungen sind im Fahrzeug dauernd Schwingungen
und Erschütterungen
sowie gegebenenfalls auch Steinschlag ausgesetzt. Ein weiteres mögliches
Einsatzgebiet ist die Medizintechnik, bei welcher neben guter Biegbarkeit insbesondere
auch geringes Gewicht und kleine Abmessungen von Bedeutung sind.
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Aus
der
EP 1 089 299 A2 geht
ein zugfester Leiter hervor, bei dem mehrere Drähte aus elektrisch gut leitendem
Material um einen zentralen, zugfesten Kern herumverseilt sind. Über den
Drähten
ist eine gemeinsame Isolierung angebracht. Der zugfeste Kern besteht
aus mehreren, miteinander verseilten zugfesten Fäden, die in metallisches Grundmaterial eingebettet
sind, das alle freien Räume
zwischen den Fäden
ausfüllt
und dieselben insgesamt umgibt. Ein solcher zugfester Kern ist nicht
nur aufwendig herzustellen, sondern auch relativ steif. Dadurch
ist der Leiter selbst in seiner Biegbarkeit eingeschränkt und er
hat eine verminderte Wechselbiegefestigkeit.
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In
der
DE 201 18 713
U1 ist eine flexible elektrische Leitung beschrieben, die
mindestens einen elektrischen Leiter aufweist, der aus einem zugfesten,
nicht metallischen Element und einer Vielzahl von um dasselbe herum
angeordneten metallischen Drähten
aus elektrisch gut leitendem Material besteht. Über den metallischen Drähten ist
eine Isolierung angebracht. Das zugfeste Element ist ein loser Verbund
aus einer großen
Anzahl von Aramidfäden, dessen
Querschnitt dem Querschnitt eines einzelnen metallischen Drahtes
entspricht. Diese Leitung ist hoch flexibel und zugfest. Sie hat
außerdem
eine ausreichende Wechselbiegefestigkeit. Das zugfeste Element ist
in radialer Richtung leicht verformbar und insgesamt flexibel, so
daß die
Leitung besonders gut zum Anschließen eines Crimpverbinders geeignet ist.
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Bei
der bekannten Leitung nach der eingangs erwähnten
EP 0 477 982 A2 ist ein
Leiter verwendet, der als zugfesten Kern ein Bündel oder Geflecht aus Aramidfasern
aufweist. Um den Kern herum sind metallische Drähte in einer Lage dicht an dicht
angeordnet. Zur Bildung einer möglichst
glatten Außenfläche des
Leiters wird derselbe verdichtet bzw. mit Verminderung seines Durchmesser
heruntergezogen. Der Leiter ist von einer Isolierung umgeben. Zur
Sicherstellung einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit
des Leiters müssen
die Drähte
einen relativ großen
Querschnitt haben. Dadurch und durch das Verdichten ist der Leiter
relativ steif und er hat eine nur geringe Wechselbiegefestigkeit.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene
Leitung so zu gestalten, daß ihr
Leiter eine möglichst
glatte äußere Umfangsfläche hat
und außerdem
flexibel und wechselbiegefest ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
- – daß um den
Kern in einer ersten Lage metallische Drähte mit kreisrundem Querschnitt
dicht an dicht liegend herum verseilt sind und
- – daß über der
ersten Lage eine zweite Lage aus metallischen Drähten mit kreisrundem Querschnitt
aufgeseilt ist, deren Durchmesser und Anzahl so bemessen sind, daß sich bei
dicht an dicht liegenden Drähten
eine nahezu glatte äußere Oberfläche des
Leiters als Unterlage für
die Isolierung ergibt.
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Dieser
Leiter hat mit seinen beiden Lagen aus metallischen Drähten einen
für alle
Anwendungsfälle
ausreichenden elektrisch leitenden Querschnitt. Die Drähte werden
in bekannter Technik um den Kern bzw. die erste Lage herumverseilt
und ohne zusätzliche
Behandlung in ihrer Position belassen. Der Leiter bzw. eine mit
demselben ausgerüstete
Leitung ist daher hoch flexibel und wechselbiegefest. Da zumindest
die Drähte
der zweiten Lage des Leiters sehr dünn sind, ergeben sich zwischen
den einzelnen Drähten
nur unwesentliche Eindellungen (Zwickel) in der Oberfläche des
Leiters. Die Dicke der auf den Leiter aufzubringenden Isolierung
kann dadurch klein gehalten werden, mit einem entsprechend geringen Materialaufwand.
Der Außendurchmesser
der Leitung bzw. des isolierten Leiters kann somit ebenfalls klein
gehalten werden. Weiterhin ist das Gewicht der Leitung pro Längeneinheit
reduziert.
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Zur
Erzielung der nahezu glatten Außenfläche der
zweiten Lage aus Drähten
und damit des Leiters, muß die
Anzahl der Drähte
mit gegenüber
dem Kern wesentlich kleinerem Durchmesser ausreichend hoch sein.
Das ist beispielsweise dann erreicht, wenn der Durchmesser des Kerns
etwa um den Faktor „2" bis „3" größer als
der Durchmesser eines Drahtes der zweiten Lage ist. In der zweiten
Lage aus Drähten
sollen mindestens 12 Drähte
angeordnet sein, bei entsprechendem Durchmesser des Kerns.
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Der
Leiter der Leitung mit zugfestem Kern und zwei konzentrischen Drahtlagen
ist auch dann von Vorteil, wenn drei oder mehr solcher Leiter zu
einem Bündel
verseilt werden, um das herum eine gemeinsame Isolierung aufgebracht
wird. Durch die glatte äußere Oberfläche der
Leiter liegen dieselben sehr dicht aneinander. Es kann auch bei
einem solchen Bündel
eine Isolierung mit verminderter Wanddicke eingesetzt werden, weil
deren Anlageflächen am
Bündel
der Leiter i. w. glatt sind.
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Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 die
Leitung nach der Erfindung mit abschnittsweise entfernten Schichten.
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2 einen
Schnitt durch 1 längs der Linie II – II in
vergrößerter Darstellung.
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3 einen
Ausschnitt aus 2 in weiter vergrößerter Darstellung.
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4 einen
Querschnitt einer Leitung mit drei Leitern.
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Die
Leitung L nach den 1 und 2 hat einen
elektrischen Leiter mit einem als zentrales zugfestes Element ausgebildeten,
aus nicht metallischem Material bestehenden Kern 1, der
sich über die
ganze Länge
der Leitung L erstreckt. Der Kern 1 besteht vorzugsweise
aus Aramid. Er ist in dieser Ausführungsform als Multifilamentfaden
ausgeführt und
kann einen Durchmesser haben, der beispielsweise zwischen 0,12 mm
und 0,37 mm liegt. Die einzelnen Filamente eines solchen Multifilamentfadens haben
eine Stärke
von etwa 10 μm.
Der Kern 1 ist ein im wesentlichen kreisrundes, gut biegbares
Gebilde, welches einen konzentrischen Aufbau des Leiters 4 der
Leitung L gestattet.
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Um
den Kern 1 sind vorzugsweise aus Kupfer bestehende metallische
Drähte 2,
dicht an dicht liegend in einer ersten Lage herumverseilt. Durch
die dicht an dicht liegenden Drähte 2 ergibt
sich eine nahezu 100 %ige optische Bedeckung des Kerns 1.
Die Drähte 2 haben
einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser, der mit Vorzug
wesentlich kleiner als der Durchmesser des Kerns 1 ist.
Es ergibt sich dadurch für
die erste Lage aus Drähten 2 eine
sehr gleichmäßige, ruhige äußere Oberfläche. Der
Durchmesser des Kerns 1 ist beispielsweise um den Faktor „2" bis „3" größer als
der Durchmesser eines Drahtes 2.
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Um
die erste Lage aus Drähten 2 ist
eine zweite Lage aus metallischen Drähten 3 herumverseilt,
die ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer bestehen. Sie ergeben eine
nahezu 100 %ige optische Bedeckung der ersten Lage. Auch die Drähte 3 haben einen
kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser, der ebenfalls wesentlich
kleiner als der Durchmesser des Kerns 2 ist. Der Durchmesser
des Kerns 1 ist auch hier beispielsweise um den Faktor „2" bis „3" größer als
der Durchmesser eines Drahtes 3. Besonders die Drähte 3 der
zweiten, außen
liegenden Lage sollen gezielt so dünn ausgeführt sein, daß sich eine
nahezu glatte äußere Oberfläche der
zweiten Lage und damit des Leiters 4 insgesamt ergibt.
Die zwischen den einzelnen Drähten 3 liegenden
Eindellungen 5 (3), die auch als Zwickel bezeichnet werden,
sind dadurch so flach, daß sie
optisch kaum in Erscheinung treten. Ihre Tiefe liegt bei einem Durchmesser
der Drähte 3 von
0,1 mm etwa bei 0,02 mm und bei einem Durchmesser von 0,05 mm bei 0,01
mm. Es sollen mit Vorzug mindestens 12 Drähte 3 in der zweiten
Lage des Leiters 4 vorhanden sein.
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Die
Drähte 2 und 3 der
beiden um den Kern 1 des Leiters 4 herumverseilten
Lagen desselben bestehen – wie
schon erwähnt – vorzugsweise
aus Kupfer. Sie können
blank ausgeführt
sein. Es ist jedoch auch möglich,
dieselben zu verzinnen, zu versilbern oder zu vernickeln. Die Drähte 2 und 3 haben
mit Vorzug den gleichen Durchmesser. Sie können aber auch unterschiedliche
Durchmesser aufweisen.
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In
den beiden, den Kern 1 umgebenden Lagen werden die Drähte 2 und 3 mit
Vorzug in sogenannter „unilay-Technik" gleichsinnig und
mit gleicher Schlaglänge
um den Kern 1 einerseits und die erste Lage andererseits
herumgeseilt. Die Schlaglänge
der Drähte 3 in
der zweiten Lage soll im Bereich zwischen 7 × D und 11 × D liegen, mit dem Durchmesser D
des Leiters 4 insgesamt. Grundsätzlich können Wickelsinn und Schlaglänge in den
beiden Lagen aus Drähten 2 und 3 auch
unterschiedlich sein.
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Über der
zweiten Lage aus Drähten 3 ist
eine Isolierung 6 angeordnet, deren Wandstärke wegen der
nahezu glatten Oberfläche
der zweiten Lage aus Drähten 3 klein
gehalten werden kann, nach Maßgabe
der elektrischen Spannung, für
welche die Leitung verwendet werden soll. Die Isolierung 6 kann
je nach den gewünschten
elektrischen, thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften aus
unterschiedlichen Materialen bestehen. Diese Materialien müssen zum
Extrudieren kleiner Wanddicken verwendbar sein. Geeignete Materialien
sind beispielsweise Polyolefine, wie Polypropylen, und thermoplastische
Elastomere. Auch strahlenvernetzbare Materialien auf Polyolefinbasis,
wie Polyethylen, und Hochtemperaturstoffe, wie Polytetrafluorethylen
und Polyetheretherketon, sind verwendbar. Die Wandstärke der
Isolierung 6 sollte größer als
der Durchmesser eines Drahtes 3 der zweiten Lage sein.
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Im
folgenden werden drei Beispiele für einen möglichen Aufbau der Leitung
L angegeben. Darin sind zulässige
und definierte Toleranzen für
Drähte und
Isolierung berücksichtigt:
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Beispiel 1
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Der
Kern 1 ist als Multifilamentfaden aus Aramid ausgeführt. Er
hat einen Durchmesser von 0,12 bis 0,13 mm. Der Kern 1 ist
in einer ersten Lage von 10 Drähten 2 aus
verzinntem Kupfer mit einem Durchmesser von 0,05 mm umgeben. Die
Drähte 3 der
zweiten Lage sind ebenso wie die Drähte 2 ausgeführt. In
der zweiten Lage sind 16 Drähte 3 vorhanden.
Der Leiter 4 hat damit einen zwischen 0,32 mm und 0,34
mm liegenden Durchmesser. Sein geometrischer Querschnitt beträgt 0,05
mm2. Mit einer Wanddicke der Isolierung 6 von
0,12 mm ergibt sich ein Durchmesser der Leitung L zwischen 0,56
mm und 0,60 mm.
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Beispiel 2
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- Durchmesser des Kerns 1: 0,12 mm bis 0,13 mm.
- 1. Lage: 8 verzinnte Kupferdrähte 2 mit einem Durchmesser
von 0,07 mm.
- 2. Lage: 14 verzinnte Kupferdrähte 3 mit einem Durchmesser
von 0,07 mm.
- Durchmesser des Leiters 4: 0,40 mm bis 0,42 mm.
- Geometrischer Leiterquerschnitt: 0,08 mm2.
- Durchmesser der Leitung L bei einer Wanddicke der Isolierung 6 von
0,12 mm: 0,65 mm bis 0,70 mm.
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Beispiel 3
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- Durchmesser des Kerns 1: 0,37 mm.
- 1. Lage: 11 Kupferdrähte 2 mit
einem Durchmesser von 0,127 mm.
- 2. Lage: 17 Kupferdrähte 3 mit
einem Durchmesser von 0,127 mm.
- Durchmesser des Leiters 4: 0,88 mm bis 0,90 mm.
- Geometrischer Leiterquerschnitt: 0,35 mm2.
- Durchmesser der Leitung L bei einer Wanddicke der Isolierung 6 von
0,20 mm: 1,30 mm bis 1,35 mm.
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Mindestens
drei aus Kern 1 und den beiden Lagen aus Drähten 2 und 3 bestehende
Leiter 4 können
gemäß 4 mit
Vorteil zu einem Bündel
B miteinander verseilt werden, das von einer gemeinsamen Isolierung 7 umgeben
ist. Deren Material kann dem Material der Isolierung 6 entsprechen.
Auch bei dem Bündel
B macht sich die nahezu glatte äußere Oberfläche der
Leiter 4 vorteilhaft bemerkbar. Sie liegen dadurch sehr dicht
aneinander und die Wanddicke der Isolierung 7 kann auch
dann minimiert werden.
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Die
Leitung L hat mindestens einen isolierten Leiter 4 mit
dem im Vorangehenden beschriebenen Aufbau. Es können auch zwei oder mehr solche
isolierten Leiter 4 in einer Leitung L enthalten sein,
die von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial, wie Polyurethan,
umgeben sind. Solche Leitungen sind beispielsweise als Sensorleitungen
in der Automobiltechnik verwendbar.