DE102008061671A1

DE102008061671A1 - Kraftfahrzeugenergiekabel

Info

Publication number: DE102008061671A1
Application number: DE102008061671A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Lietz; Claus Wefers
Original assignee: Auto Kabel Management GmbH
Current assignee: Auto Kabel Management GmbH
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-13
Also published as: DE102008061671B4

Abstract

Ein Kraftfahrzeugenergiekabel umfasst zumindest ein erstes mit zumindest einem ersten Isolationselement (14a) umgebenen Flachleitungselement (10). Darüber hinaus sind das erste von dem ersten Isolationselement (14a) umgebenen Flachleitungselement (10) und das zweite von dem zweiten Isolationselement (14b) umgebenen Flachleitungselement (12) derart angeordnet, dass breite Oberflächen der Flachleitungselemente (10, 12) aufeinander liegen. Eine gute Biegbarkeit wird durch eine geeignete Wahl der Haftreibung zwischen erreicht.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Kraftfahrzeugenergiekabel mit zumindest einem ersten mit zumindest einem ersten Isolationselement umgebenen Flachleitungselement und zumindest einem zweiten mit zumindest einem zweiten Isolationselement umgebenen Flachleitungselement. Die Anmeldung betrifft darüber hinaus eine Verwendung eines solchen Kraftfahrzeugenergiekabels in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels.
Kraftfahrzeuge weisen heutzutage Bordnetze mit einer Vielzahl an elektrischen Verbrauchern auf. Eine gute Energieverteilung wird daher immer wichtiger. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Elektromotor, wie beispielsweise Hybridfahrzeugen, ist eine gute Energieverteilung wichtig. Bei diesen Kraftfahrzeugen werden sehr hohe Spannungen (z. B. 60 V bis 1 kV) und Ströme (z. B. 100 A und mehr) für den Antrieb benötigt. Die Energie für den Elektromotor wird von Hochvoltbatterien geliefert. Da der Elektromotor jedoch mit einer Wechselspannung betrieben wird, ist zwischen dem Gleichstrom liefernden Energiespeicher und dem Elektromotor zusätzlich ein Wechselrichter geschaltet.
Ein besonderes Augenmerk muss auf die zur Übertragung der hohen Ströme und Spannungen verwendeten Energiekabel gelegt werden. Ein solches Energiekabel muss eine hohe Stromtragfähigkeit aufweisen.
Durch die hohen Ströme und Spannungen werden jedoch große Kabelquerschnitte benötigt. Diese werden heutzutage insbesondere durch Aluminiumflachkabel zur Verfügung gestellt, wie sie beispielsweise aus der EP 1 688 966 , oder WO 2006/082238 bekannt sind.
Flachkabel können ein geringeres Gewicht und einen geringeren Bauraumbedarf als Rundkabel aufgrund ihrer geringeren Bauhöhe aufweisen. Jedoch lassen sich insbesondere mehrschichtige Flachkabel nicht verbiegen. Diese Eigenschaft ist jedoch bei der Verlegung der Kabel im Motorraum oder der Karosse zwingend notwendig, um es dem Monteur zu ermöglichen, den Kabelbaum aus Flachkabeln bei der Montage an den jeweiligen Fixierungspunkten zu platzieren. Zwar kann ein Kabel vorkonfektioniert sein, doch ist eine gewisse Elastizität notwendig.
Daher liegt der Anmeldung die technische Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugenergiekabel zur Verfügung zu stellen, das ein geringes Gewicht sowie eine geringe Bauhöhe und gleichzeitig eine gute Biegeeigenschaft aufweist.
Diese und weitere Aufgaben werden anmeldungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1.
Das anmeldungsgemäße Kabel kann in Kraftfahrzeugen zur Energieübertragung eingesetzt werden. Das Kraftfahrzeugenergiekabel weist zumindest zwei Flachleitungselemente als elektrische Leiter auf. Diese Leiter können eine rechteckförmige Querschnittsfläche aufweisen. Es ist erkannt worden, dass Leiter mit einer solchen Querschnittsfläche insbesondere für eine Energieübertragung aufgrund einer hohen Stromtragfähigkeit geeignet ist. Ein Flachleiter kann gegenüber einem Rundleiter gleichen Querschnitts je nach Formfaktor bis zu 40% mehr Strom tragen. Bei einer rechteckigen Querschnittsfläche ist die Oberfläche eines Flachleitungselements größer als die eines Rundleiters gleichen Querschnitts. Diese größere Oberfläche führt zu einer besseren Wärmeabstrahlung, die im Wesentlichen durch Konvektion erfolgt. Infolgedessen kann die Stromtragfähigkeit eines Flachleitungselements größer sein.
Insbesondere bei einer Doppelleitungskonstruktion, die aufgrund ihrer thermischen Kopplung zunächst eine geringere Stromtragfähigkeit als ein Einzelleiter aufweist, kann durch die anmeldungsgemäße Auslegung als Flachleitung mit zwei Flachleitungselementen den selben Strom tragen, wie zwei getrennte Rundleiter.
Aufgrund der rechteckförmigen Querschnittsfläche weisen die Flachleitungselemente im Allgemeinen zwei sich gegenüberliegende breite Oberflächen und zwei sich gegenüberliegende schmale Oberflächen auf. Im seltenen Spezialfall eines quadratischen Leiters sind alle Oberflächen eines Flachleitungselements gleich groß. Ein solches zweiadriges Kraftfahrzeugenergiekabel erleichtert die Montage in einem Kraftfahrzeug erheblich.
Jedes der Flachleitungselemente ist mit zumindest einem Isolationselement umgeben.
Die Isolationselemente können auf den Flachleitungselementen, jedoch nicht untereinander haften. Die Flachleitungselemente mit dem jeweiligen Isolationselement können sich gegeneinander verschieben. Es werden dadurch gute Biegeeigenschaften des Kraftfahrzeugenergiekabels erzielt. Darüber hinaus ist ein elektrischer Kontakt der beiden Flachleitungselemente untereinander nicht gegeben. Die Isolationselemente können auch einstückig gebildet sein. In diesem Fall kann auch eine Verschiebbarkeit der Flachleitungselemente gegen das Isolationselement notwendig sein.
Die Haftreibung zwischen den Isolationselementen untereinander oder zwischen den Flachleitungselementen und den jeweiligen Isolationselementen kann derart sein, dass sich die Flachleitungselemente leicht gegeneinander verschieben lassen. Durch geeignete Mittel kann die Haftreibung minimiert werden. Bevorzugt sind die Materialien derart gewählt, dass diese nicht zu glatt sind, da diese dann aneinander haften. Solche Adhäsionseffekte sollten vermieden werden. Auch dürfen die Materialien nicht zu rau sein, da diese dann ebenfalls aneinander haften.
Die Gleiteigenschaft der Isolationselemente untereinander kann derart gewählt sein, dass ein Stick-Slip Effekt vermieden ist. Ein solcher Effekt kann auftreten, wenn die Haftreibung größer als die Gleitreibung ist. Dabei üben gedämpft gekoppelte Oberflächenteile eine schnelle Bewegungsfolge aus Haften, Verspannen, Trennen und Abgleiten aus. Die Haft- und Gleitreibung der Isolationselemente untereinander oder die Isolationselemente mit den Flachleitungselementen, den Seelen der Kabel, werden so gewählt, dass die Effekt vermieden wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Haftreibung zwischen den Isolationselementen keiner als die Gleitreibung zwischen den Isolationselementen ist. Auch kann die Haftreibung zwischen den Isolationselementen und den jeweiligen Flachleitungselementen keiner als die Gleitreibung zwischen den Isolationselementen und den jeweiligen Flachleitungselementen sein.
Eine gute Biegbarkeit des Kabels ergibt sich, wenn das Isolationselement aus Polyamid oder PVC gebildet ist. Diese Materialien erlauben eine gute Verschiebbarkeit der Isolationselemente gegeneinander.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Isolationselemente mittels Extrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement aufgebracht werden. Um eine gute Biegbarkeit des Kabels durch eine Verschiebbarkeit der Isolationselemente gegen die Flachleitungselemente zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass Silikon bei einer Temperatur von 10 bis 30°C vorzugsweise 20°C extrudiert wird. Diese Temperatur liegt unterhalb der üblichen Extrusionstemperatur von Silikon. Hierdurch wird erreicht, dass das Silikon nicht an der Seele des Kabels anhaftet.
Auch kann PUR bei einer Temperatur von 150 bis 220°C vorzugsweise 180°C extrudiert werden. Diese Temperatur liegt unterhalb der üblichen Extrusionstemperatur von PUR. Hierdurch wird erreicht, dass das PUR nicht an der Seele des Kabels anhaftet.
Auch kann PVC bei einer Temperatur von 140 bis 210°C vorzugsweise 170°C extrudiert werden. Diese Temperatur liegt unterhalb der üblichen Extrusionstemperatur von PVC. Hierdurch wird erreicht, dass das PVC nicht an der Seele des Kabels anhaftet.
Auch kann PA bei einer Temperatur von 190 bis 250°C vorzugsweise 220°C extrudiert werden. Diese Temperatur liegt unterhalb der üblichen Extrusionstemperatur von Polyamid (PA). Hierdurch wird erreicht, dass das PA nicht an der Seele des Kabels anhaftet.
Auch wird vorgeschlagen, dass die Isolationselemente mittels Extrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement aufgebracht werden, wobei die Leitervorwärmtemperatur kleiner als die Extrusionstemperatur des Isolationselementes, vorzugsweise kleiner 100°C ist. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass das Flachleitungselement (Seele) nicht an dem Isolationsmaterial anhaftet und somit hiergegen verschiebbar ist.
Die Isolationselemente können mittels Schlauchextrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement aufgebracht werden. Beim Schlauchextrudieren wird ein anhaften der Seele an dem Isolationselement vermieden, wodurch diese gegenüber dem Isolationselement verschiebbar ist.
Die Isolationselemente können mittels eines Halbkompressionswerkzeuges auf das jeweilige Flachleitungselement extrudiert werden. Hierbei kann der Extrusionskopf derart geformt sein, dass der Neigungswinkel des Spritzkonuses zwischen 10 und 40°, bevorzugt zwischen 20 und 30° liegt. Hierdurch wird das Extrusionsmaterial mit einer geringeren Radialkraft gegen das Flachleitungselement beim Extrudieren gedrückt, wodurch der Druck auf die Seele reduziert ist und das Extrusionsmaterial nicht mit der Seele anhaftet oder verklebt.
Das Isolationselement kann am Extrusionskopf derart gekühlt werden, dass ein Volumenschrumpfeffekt entfernt von dem Flachleitungselement erfolgt. Um zu verhindern, dass sich das Isolationselement im Wege des Volumenschrumpfprozesses beim Auskühlen mit einer hohen Kraft an die Seele drückt, wird versucht, das Extrusionsmaterial unmittelbar nach dem Extrudieren am Kopf stark zu kühlen. Das bewirkt ein Schrumpfen nur im Bereich der äußeren Mantelfläche, wodurch im Innern das Isolationsmaterial (Extrusionsmaterial) nicht an die Seele gezogen wird.
Zwischen den Isolationselementen oder den Isolationselementen und dem jeweiligen Flachleitungselement kann ein flüssiges oder festes Gleitmittel eingebracht sein. Beispielsweise kann ein Talkum oder ein Graphitmaterial zwischen die Isolationselemente oder die Isolationselemente und die Flachleitungselemente eingebracht werden. Bei der Verwendung eines flüssigen Gleitmittels kann dieses pastös oder gelförmig sein, so dass es nicht aus dem Kabel austropft.
Die Oberfläche der Isolationselemente kann eine Struktur aufweisen. Beispielsweise kann eine Art Lotuseffektstruktur auf der Oberfläche des Isolationselementes gebildet werden, derart, dass die Isolationselemente gegeneinander gleiten können. Es können regelmäßige oder unregelmäßige Strukturen vorgesehen sein, bei denen Spitzen und Täler verteilt auf der Oberfläche sind und die Spitzen gegeneinander gleiten können.
Um eine elektromagnetische Abstrahlung zu verhindern, weist das Kraftfahrzeugenergiekabel ein Schirmungselement auf. Eine Abschirmung ist notwendig, um andere Signale und Bauelemente nicht zu stören. Darüber hinaus kann das Schirmungselement als Masseleitung verwendet werden. Dieses Schirmungselement umgibt die beiden Flachleitungselemente samt den Isolationselementen.
Es ist erkannt worden, dass eine geringe Bauhöhe erreicht wird, wenn die Flachleitungselemente derart angeordnet sind, dass ihre breiten Oberflächen aufeinander liegen. Ein solches Kraftfahrzeugenergiekabel lässt sich einfach und mit nur einem sehr geringen Bauraumbedarf in einem Kraftfahrzeug verlegen. Ferner gewährleistet diese Konstruktion ein verbessertes Übertragungsverhalten aufgrund einer verbesserten Transferimpedanz. Zudem ergeben sich signifikante Gewichtsvorteile gegenüber herkömmlichen Energiekabeln.
Eine gute Abschirmung von Kraftfahrzeugenergiekabeln gestaltet sich im Allgemeinen schwierig. Es ist erkannt worden, dass eine bessere Abschirmung und damit eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden kann, wenn die Flachleitungselemente gemäß eines Ausführungsbeispieles derart miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, dass sich von den Flachleitungselementen abgestrahlte Fernfelder gegenseitig aufheben. Insbesondere kann dies der Fall sein, wenn die Flachleitungselemente einen gegenläufigen Stromfluss aufweisen. Die B-Felder der beiden Leitungen heben sich im Fernbereich gegenseitig auf, da sie gegenläufig zueinander sind. Wird das Kraftfahrzeugenergiekabel beispielsweise für eine Übertragung von Strömen zur Energieversorgung eines Elektromotors verwendet, kann ein Flachleitungselement als Plusleiter und das andere Flachleitungselement als Minusleiter verwendet werden. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen kommen hohe Gleichströme zum Einsatz, wobei die Hin- und Rückleitung durch das anmeldungsgemäße Kabel gebildet werden. Beide Leiter strahlen daher zumindest ein magnetisches Feld ab. Es lässt sich in der Praxis darüber hinaus nicht vermeiden, dass Störsignale als Oberwellen auf die Leiter eingekoppelt werden. Jedoch ist erkannt worden, dass aufgrund der anmeldungsgemäßen Anordnung die Auskopplung von Störungen im Wesentlichen vermieden werden kann, da sich auch die Störungen gegenseitig aufheben. Die abgestrahlten Magnetfelder der beiden Kabel heben sich zudem annähernd auf, da diese Felder eine entgegengesetzte Richtung zueinander aufweisen. Folglich kann eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit erzielt werden.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels weisen die Flachleitungselemente einen Abstand zueinander von zumindest 0,2 mm, vorzugsweise 1 mm, auf. Diese enge Anordnung und eine damit einhergehende enge und gute elektromagnetische Kopplung der Leitungselemente zueinander bewirken neben einem optimierten Übertragungsverhalten auch ein optimiertes Abstrahlverhalten (EMV). Bei einer derart engen Kopplung heben sich die unerwünschten Felder fast gänzlich gegenseitig auf.
Die Flachleitungselemente können eine Stromtragfähigkeit von zumindest 100 A aufweisen. Jedoch können Anforderungen von Dauerströmen von mehr als 2000 A durch eine andere Dimensionierung des Kraftfahrzeugenergiekabels, insbesondere des Querschnitts der Flachleitungselemente, gewährleistet werden.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels weist das Kraftfahrzeugenergiekabel eine rechteckförmige Querschnittsfläche auf. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeugenergiekabel eine Höhe von 12 mm und eine Breite von 25 mm haben. Jedoch können die Maße differieren. Die Ecken eines solchen Kabels können abgerundet sein.
Unter anderem hängen die oben erwähnten Maße von den Maßen der verwendeten Flachleitungselemente ab. Diese können eine Querschnittsfläche von zumindest 5 mm², vorzugsweise 50 mm², aufweisen. Die Größe der Querschnittsfläche kann sich beispielsweise nach Anforderungen an eine gewünschte notwendige Stromtragfähigkeit richten.
Zwischen den Flachleitungselementen können Potentialdifferenzen zwischen 60 V und 1000 V anliegen. Zumindest eines der Isolationselemente kann derart gebildet sein, dass ein Durchschlag aufgrund der hohen Spannung sicher verhindert werden kann. Die Isolationselemente können aus Kunststoff gebildet sein. Insbesondere können Polyamide, wie beispielsweise PA 12, aufgrund ihrer guten Isolations- und Herstellungseigenschaften eingesetzt werden. Die Isolationselemente können eine Dicke von zumindest 0,1 mm, vorzugsweise 0,5 mm, aufweisen.
Ferner können das erste und das zweite Isolationselement einstückig aus einem Isolationselement hergestellt sein. Das einzelne Isolationselement kann haftend oder nicht haftend an den Flachleitungselementen angeordnet sein. Die Flachleitungselemente können sich bei nicht haftender Anordnung gegeneinander verschieben. Gute Biegeeigenschaften können weiterhin gewährleistet werden. Ferner kann das einstückige Isolationselement dicker als das erste und das zweite Isolationselement gebildet sein. Eine ebenso gute Kopplung im Vergleich mit diesen zwei Isolationselementen kann erzielt werden.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels ist das Schirmungselement mit einem dritten Isolationselement umgeben. Auch dieses Isolationselement kann aus Kunststoff sein. Dieses Isolationselement dient als Schutzmantel und kann unter anderem bewirken, dass Beschädigungen des Kraftfahrzeugenergiekabels verhindert werden können.
Das Schirmungselement kann aus einem Blech hergestellt sein. Ein Blech besitzt den Vorteil, dass es die Flachleitungselemente dicht umschließt und auch hochfrequente Strahlung abschirmen kann. Gerade im Zusammenwirken dieser Schirmung mit der anmeldungsgemäßen elektromagnetischen Kopplung der Flachleitungselemente ist eine sehr gute elektromagnetische Verträglichkeit gewährleistet. Insbesondere bei einer Dicke von zumindest 0,1 mm des Schirmungselements ist eine sehr gute Schirmwirkung gegeben. Falls als Schirmungselement ein Blech verwendet wird, kann eine gute Biegsamkeit des Kraftfahrzeugenergiekabels weiterhin gewährleistet werden. Dies ist auch für Dicken von über 0,1 mm, beispielsweise 0,2 mm, der Fall.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Schirmungselement aus einem Nichteisenmetall oder einer nichteisenhaltigen Legierung gebildet. Beispielsweise kann das Schirmungselement aus Kupfer oder Legierungen hieraus hergestellt sein.
Darüber hinaus kann das Schirmungselement mit einer Überlappung von zumindest 10%, vorzugsweise 50%, gewickelt sein. Bei einer Wicklung kann es bei einer zu geringen Überlappung zu einer nicht vollkommen dichten Schirmung kommen. Ferner kann es bei einer nur geringen Überlappung bei kleinen Verschiebungen während der Herstellung zu Lücken in der Schirmung kommen. Eine lückenhafte Schirmung wird durch eine Überlappung gemäß der Anmeldung sicher vermieden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist das Schirmungselement aus zumindest einer Folie und zumindest einem Geflecht gebildet. Das Geflecht kann beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium und die Folie aus Aluminium hergestellt sein. Das Geflecht dient in diesem Fall überwiegend der Abschirmung von niederfrequenten Feldern. Jedoch wird die Abstrahlung von Hochfrequenzfeldern durch ein Geflecht nicht hinreichend verhindert, da das Geflecht nicht vollkommen dicht ist. Jedoch weist ein Geflecht eine gute Biegsamkeit auf. Zusätzlich kann eine Folie, z. B. ein dünnes Blech, eingesetzt werden. Diese Folie dient zur Schirmung der Hochfrequenzfelder und ist ebenfalls gut biegsam. Insgesamt ergibt sich ein sicherer Abstrahlschutz bei gleichzeitig guten Biegeeigenschaften.
Ferner kann zumindest ein Flachleitungselement aus Aluminium hergestellt sein. Jedoch sind auch andere Nichteisenmetalle, wie beispielsweise Kupfer, möglich. Aluminium besitzt gegenüber anderen Metallen, beispielsweise Kupfer, den Vorteil eines deutlich geringeren Gewichts. Hingegen weist Kupfer bessere elektrische Leitungseigenschaften auf. Es ist jedoch erkannt worden, dass mit dem anmeldungsgemäßen Kraftfahrzeugenergiekabel durch eine größere Querschnittsfläche der Flachleitungselemente ebenso gute Leitungseigenschaften erzielt werden können und gleichzeitig eine Gewichtsreduktion von bis zu 40% erreicht werden kann. Ferner kann ein Aluminiumflachleitungselement bei gleichem elektrischen Widerstand wie ein Kupferflachleitungselement eine höhere Stromtragfähigkeit aufweisen. Hierdurch kann bei einer festgelegten Stromtragfähigkeit der Querschnitt gegenüber Rund- und/oder Kupferleitern wieder reduziert werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels weist das Kraftfahrzeugenergiekabel einen minimalen Biegeradius in orthogonaler Richtung zu der breiten Oberfläche des Kraftfahrzeugenergiekabels von zumindest 5 mm, vorzugsweise 12 mm, auf. Ebenso kann das Kraftfahrzeugenergiekabel einen minimalen Biegeradius in orthogonaler Richtung zu einer schmalen Oberfläche des Kraftfahrzeugenergiekabels von zumindest 25 mm, vorzugsweise 38 mm, aufweisen. Eine einfache Verlegung im Motorraum, insbesondere mit engen Radien, wird gewährleistet.
Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist die Verwendung des Kraftfahrzeugenergiekabels in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb. Zum Beispiel kann das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug sein. Insbesondere bei einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug werden Energiekabel mit einer hohen Stromtragfähigkeit verwendet, da ein Elektromotor mit hohen Spannungen und Strömen betrieben wird. Ebenso ist insbesondere das Gewicht ein wesentlicher Faktor eines solchen Fahrzeugs. Das Kraftfahrzeugenergiekabel kann insbesondere als Batterieleitung in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach Anspruch 33.
Nachfolgend wird die Anmeldung anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugenergiekabels,
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugenergiekabel,
3 ein Höhe/Gewicht Diagramm.
Die in den Zeichnungen dargestellte Konstruktion des anmeldungsgemäßen Kraftfahrzeugenergiekabels weist insbesondere eine geringe Bauhöhe und eine gute Biegbarkeit auf.
Wo es möglich war, wurde in den 1 und 2 für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In der 1 ist eine vereinfachte Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugenergiekabels 1 dargestellt. Das erste Flachleitungselement 10 ist mit seiner breiten Oberfläche über der breiten Oberfläche des zweiten Flachleitungselements 12 angeordnet. Die Flachleitungselemente 10, 12 können aus Aluminium gebildet sein. Weiterhin sind die Flachleitungselemente 10, 12 mit einem Isolationselement 14 umgeben und durch dieses Isolationselement 14 voneinander elektrisch isoliert. Das Isolationselement 14 kann aus Kunststoff, beispielsweise PA 12, hergestellt und beispielsweise durch Extrudieren um die Flachleitungselemente 10, 12 herum aufgebracht sein. Die Verbindungen können zumindest formschlüssig sein.
Die Isolationselemente können auf den Flachleitungselementen 10, 12, jedoch nicht untereinander haften. Die Flachleitungselemente mit dem jeweiligen Isolationselement können sich gegeneinander verschieben. Es werden dadurch gute Biegeeigenschaften des Kraftfahrzeugenergiekabels erzielt. Beispielsweise kann eine Kraft von mehr als 50 N, bevorzugt 100 N, bevorzugt 500 N ausreichen, um das Isolationselement 14 gegenüber den Flachleitungselementen 10, 12 zu verschieben. Auch kann beispielsweise ein Drehmoment von weniger als 10 Nm ausreichend sein, das Kabel 1 zu verbiegen. Diese leichte Verbiegbarkeit ist durch die Verschiebbarkeit der Seele 10, 12 gegenüber dem Isolationselement 14 gegeben.
Das Isolationselement 14 können mittels Extrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement 10, 12 aufgebracht werden. Um eine gute Biegbarkeit des Kabels durch eine Verschiebbarkeit des Isolationselementes 14 gegen die Flachleitungselemente 10, 12 zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass Silikon bei einer Temperatur von 10 bis 30°C vorzugsweise 20°C extrudiert wird. Auch kann PUR bei einer Temperatur von 150 bis 220°C vorzugsweise 180°C extrudiert werden. Auch kann PVC bei einer Temperatur von 140 bis 210°C vorzugsweise 170°C extrudiert werden. Auch kann PA bei einer Temperatur von 190 bis 250°C vorzugsweise 220°C extrudiert werden. Alle Temperaturen liegen unterhalb der üblichen Extrusionstemperaturen.
Auch wird vorgeschlagen, dass das Isolationselement 14 mittels Extrudieren auf die Flachleitungselemente 10, 12 aufgebracht wird, wobei die Leitervorwärmtemperatur kleiner als die Extrusionstemperatur des Isolationselementes ist. Die Leitervorwärmtemperatur kann die Temperatur des Leiters sein, mit welcher diese an den Extrusionskopf herangeführt wird. Vorzugsweise ist dies kleiner als 100°C. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass das Flachleitungselement (Seele) 10, 12 nicht an dem Isolationsmaterial 14 anhaftet und somit hiergegen verschiebbar ist.
Das Isolationselement 14 kann mittels Schlauchextrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement aufgebracht werden.
Das Isolationselement 14 kann mittels eines Halbkompressionswerkzeuges auf das jeweilige Flachleitungselement 10, 12 extrudiert werden.
Das Isolationselement 14 kann am Extrusionskopf derart gekühlt werden, dass ein Volumenschrumpfeffekt entfernt von dem Flachleitungselement 10, 12 erfolgt.
Ein optionales Schirmungselement 16 umgibt wiederum das Isolationselement 14. Das optionale Schirmungselement 16 kann ein Blech sein. Ferner kann das Blech mit einer Überlappung von 50% gewickelt sein. Abschließend ist noch ein Schutzmantel 18 um das Schirmungselement 16 herum angebracht. Dieses kann aus Kunststoff sein und beispielsweise eine Dicke von 1 mm aufweisen. Alle auftretenden Elemente 10 bis 18 können formschlüssig miteinander verbunden sein.
Die in 2 gezeigte vereinfachte Schnittansicht des Kraftfahrzeugenergiekabels 2 unterscheidet sich vom vorherigen Beispiel darin, dass zum einen das erste Flachleitungselement 10 von einem ersten Isolationselement 14a und das zweite Flachleitungselement 12 von einem zweiten Isolationselement 14b umgeben ist. Bei der Herstellung des Kraftfahrzeugenergiekabels 2 mit zumindest zwei Isolationselementen ergibt sich der Vorteil, dass zunächst jedes der Flachleitungselemente 10, 12 mit einer Isolationsschicht 14a, 14b umgeben werden kann. Anschließend können diese Bauelemente aufeinander in der dargestellten Form zusammen gefügt werden.
Zwischen den Isolationselementen 14a, 14b kann ein flüssiges oder festes Gleitmittel eingebracht sein. Beispielsweise kann ein Talkum oder ein Graphitmaterial zwischen die Isolationselemente oder die Isolationselemente und die Flachleitungselemente eingebracht werden. Bei der Verwendung eines flüssigen Gleitmittels kann dieses pastös oder gelförmig sein, so dass es nicht aus dem Kabel austropft. Die Zähigkeit des Materials kann so gewählt werden, dass diese ein Austropfen aus der Leitung verhindert.
Zum anderen unterscheiden sich die beiden Ausführungsbeispiele darin, dass das optionale Schirmungselement 16 eine Folie 16a und ein Geflecht 16b umfasst. Die Folie 16a kann aus Aluminium sein, während das Geflecht 16b aus Kupfer sein kann.
In beiden 1 und 2 sind die Kraftfahrzeugenergiekabel 1, 2 rechteckig geformt, wobei die Ecken abgerundet sein können. Die Maße der Kraftfahrzeugenergiekabel 1, 2, wie Breite und Höhe, hängen unter anderem von den Maßen der Flachleitungselemente 10, 12 ab.
Das Kraftfahrzeugenergiekabel 1, 2 aus 1 oder 2 kann beispielsweise zur Übertragung von Strom in einem Hybridfahrzeug verwendet werden. Das erste Flachleitungselement 10 kann als Plus- bzw. Hinleiter und das zweite Flachleitungselement 12 als Minus- bzw. Rückleiter genutzt werden. Ein Durchschlag durch die auftretenden Potentialdifferenzen von bis zu 1000 V zwischen den Flachleitungselementen 10, 12 wird durch die Isolationselemente 14, 14a, 14b vermieden.
Die auftretenden Ströme von beispielsweise 100 A und mehr erzeugen B-Felder und bewirken ein Abstrahlen von diesen Feldern. Darüber hinaus entstehen durch unerwünschte eingekoppelte Oberwellen auf den Flachleitungselementen 10, 12 weitere Störsignale. Ein guter Kopplungswiderstand und ein gutes Abstrahlverhalten können durch die dargestellte enge Kopplung der Flachleitungselemente 10, 12 miteinander erzielt werden. Beispielsweise weisen die Isolationselemente 14a, 14b jeweils eine Dicke von 0,5 mm auf, so dass ein Abstand von 1 mm der Flachleitungselemente 10, 12 zueinander vorliegt. Durch diese anmeldungsgemäße Anordnung und einem gegenläufigen Stromfluss heben sich auftretende Fernfelder im Wesentlichen auf. Darüber hinaus wird eine weitere Abstrahlung durch das Schirmungselement 16, 16a, 16b verhindert. Das Ergebnis ist ein Kraftfahrzeugenergiekabel mit einem optimierten Übertragungs- und Abstrahlverhalten.
Ferner zeigt die 3 ein Höhe/Gewicht Diagramm. Hierbei ist das Gesamtgewicht dreier Leitungsbeispiele mit gleichen elektrischen Leitungseigenschaften in Abhängigkeit von der Höhe dargestellt. Das Kupferrundseil umfasst zwei Einzeleiter und jeder Einzelleiter besitzt einen Durchmesser von 12 mm. Dieser Durchmesser ist konstant. Infolgedessen ist auch das Gesamtgewicht des Kupferrundseils konstant und beträgt annähernd 1000 g/m. Darüber hinaus sind zwei Flachkabel im Diagramm abgebildet. Zum einen ist dies ein Flachkabel bestehend aus zwei Aluminium-Einzelflachleitern. Aus dem Diagramm geht hervor, dass sich bei geringen Höhen des Kabels (ca. 2 mm) keine Gewichtsvorteile gegenüber dem Kupferrundseil ergeben. Bei größeren Höhen (7 mm) werden Gewichtsvorteile von bis zu 250 g erreicht. Zum anderen ist ein anmeldungsgemäßes Aluminium-Kraftfahrzeugenergiekabel abgebildet. Deutlich zu erkennen sind die enormen Gewichtsvorteile (bis ca. 410 g) trotz einer geringen Gesamthöhe des Kraftfahrzeugenergiekabels gegenüber dem Kupferrundseil, aber auch gegenüber den Aluminium-Einzelflachleitern.
Durch die beschriebene Konstruktion des Kraftfahrzeugenergiekabels erhält man ein Kraftfahrzeugenergiekabel mit optimalen Übertragungs- und Abstrahlungsverhalten. Darüber hinaus ist eine kompakte Bauweise durch eine geringe Bauhöhe und ein geringes Gewicht gewährleistet.
Es versteht sich von selbst, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur wenige aus einer Vielzahl von möglichen Ausführungsbeispielen sind. Es können beispielsweise andere Material und/oder zusätzliche Isolations- und/oder Schirmungselemente verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1688966 [0004]
- WO 2006/082238 [0004]

Claims

Kraftfahrzeugenergiekabel mit zumindest einem ersten mit zumindest einem ersten Isolationselement (14a) umgebenen Flachleitungselement (10), zumindest einem zweiten mit zumindest einem zweiten Isolationselement (14b) umgebenen Flachleitungselement (12), dadurch gekennzeichnet, dass das erste von dem ersten Isolationselement (14a) umgebenen Flachleitungselement (10) und das zweite von dem zweiten Isolationselement (14b) umgebenen Flachleitungselement (12) derart angeordnet sind, dass breite Oberflächen der Flachleitungselemente (10, 12) aufeinander liegen, wobei die Haftreibung zwischen den Isolationselementen (14a, 14b) untereinander oder zwischen den Flachleitungselementen (10, 12) und den jeweiligen Isolationselementen (14a, 14b) derart ist, dass die Flachleitungselemente (10, 12) gegeneinander verschiebbar sind.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleiteigenschaften der Isolationselemente (14a, 14b) untereinander derart sind, dass ein Stick-Slip Effekt vermieden ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleiteigenschaften der Isolationselemente (14a, 14b) gegenüber dem jeweiligen Flachleitungselement (10, 12) derart ist, dass ein Stick-Slip Effekt vermieden ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement aus Polyamid oder PVC gebildet ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationselemente (14a, 14b) mittels Extrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement (10, 12) aufgebracht werden, derart, dass Silikon bei einer Temperatur von 10 bis 30°C vorzugsweise 20°C extrudiert ist, oder PUR bei einer Temperatur von 150 bis 220°C vorzugsweise 180°C extrudiert ist, oder PVC bei einer Temperatur von 140 bis 210°C vorzugsweise 170°C extrudiert ist, oder PA bei einer Temperatur von 190 bis 250°C vorzugsweise 220°C extrudiert ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationselemente (14a, 14b) mittels Extrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement (10, 12) aufgebracht werden, wobei die Leitervorwärmtemperatur kleiner als die Extrusionstemperatur des Isolationselementes (14a, 14b), vorzugsweise kleiner 100°C ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationselemente (14a, 14b) mittels Schlauchextrudieren auf das jeweilige Flachleitungselement (10, 12) aufgebracht sind.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationselemente (14a, 14b) mittels eines Halbkompressionswerkzeuges auf das jeweilige Flachleitungselement (10, 12) extrudiert sind.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (14a, 14b) am Extrusionskopf derart gekühlt ist, dass ein Volumenschrumpfeffekt entfernt von dem Flachleitungselement (10, 12) erfolgt.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolationselementen (14a, 14b) oder den Isolationselemente (14a, 14b) und dem jeweiligen Flachleitungselement (10, 12) ein flüssiges oder festes Gleitmittel eingebracht ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Isolationselemente (14a, 14b) eine Struktur aufweist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein das zumindest erste Isolationselement (14a) und das zumindest zweite Isolationselement (14b) umgebendes Schirmungselement (16) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleitungselemente (10, 12) derart miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind, dass sich von den Flachleitungselementen (10, 12) abgestrahlte Fernfelder im Wesentlichen gegenseitig aufheben.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleitungselemente (10, 12) im Betrieb des Kraftfahrzeugs einen gegenläufigen Stromfluss aufweisen, derart, dass sich die von den Flachleitungselementen (10, 12) abgestrahlten Fernfelder gegenseitig aufheben.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleitungselemente (10, 12) einen Abstand von zumindest 0,2 mm, vorzugsweise 1 mm, zueinander aufweisen.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleitungselemente (10, 12) eine Stromtragfähigkeit von zumindest 100 A aufweisen.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugenergiekabel eine rechteckförmige Querschnittsfläche aufweist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flachleitungselement (10, 12) eine Querschnittsfläche von zumindest 5 mm², vorzugsweise 50 mm², aufweist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Isolationselemente (14, 14a, 14b) derart gebildet ist, dass eine Durchschlagfestigkeit bei einer Potentialdifferenz von 60 V bis 1000 V, vorzugsweise 600 V, zwischen den Flachleitungselementen (10, 12) gegeben ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Isolationselement (14a) und das zweite Isolationselement (14b) einstückig aus einem Isolationselement (14) gebildet sind.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schirmungselement (16) mit zumindest einem dritten Isolationselement (18) umgeben ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schirmungselement (16) zumindest ein Blech umfasst.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schirmungselement (16) eine Dicke von zumindest 0,1 mm aufweist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schirmungselement (16) aus einem Nichteisenmetall und/oder einer nichteisenhaltigen Legierung hergestellt ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schirmungselement (16) mit einer Überlappung von zumindest 10%, vorzugsweise 50%, gewickelt ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmungselement (16) zumindest eine Folie (16a) und zumindest ein Geflecht (16b) umfasst.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Folie (16a) aus Aluminium und das zumindest eine Geflecht (16b) aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sind.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flachleitungselement (10, 12) aus Aluminium hergestellt ist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugenergiekabel einen minimalen Biegeradius in orthogonaler Richtung zu der breiten Oberfläche des Kraftfahrzeugenergiekabels von zumindest 5 mm, vorzugsweise 12 mm, aufweist.
Kraftfahrzeugenergiekabel nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugenergiekabel einen minimalen Biegeradius in orthogonaler Richtung zu einer schmalen Oberfläche des Kraftfahrzeugenergiekabels von zumindest 25 mm, vorzugsweise 38 mm, aufweist.
Verwendung eines Kraftfahrzeugenergiekabels nach Anspruch 1 in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb.
Verwendung eines Kraftfahrzeugenergiekabels nach Anspruch 31 als Batterieleitung in einem Fahrzeug mit Elektroantrieb.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugenergiekabels bei dem zumindest ein erstes Flachleitungselement (10) mit zumindest einem ersten Isolationselement (14a) extrudiert wird, zumindest ein zweites Flachleitungselement (12) mit zumindest einem zweiten Isolationselement (14b) extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste von dem ersten Isolationselement (14a) umgebenen Flachleitungselement (10) und das zweite von dem zweiten Isolationselement (14b) umgebenen Flachleitungselement (12) mit ihren breiten Oberflächen aufeinander angeordnet werden, wobei die Haftreibung zwischen den Isolationselementen (14a, 14b) untereinander oder zwischen den Flachleitungselementen (10, 12) und den jeweiligen Isolationselementen (14a, 14b) derart eingestellt wird, dass Flachleitungselemente (10, 12) gegeneinander verschiebbar sind.