DE102009060419A1

DE102009060419A1 - Zugfester elektrischer Leiter

Info

Publication number: DE102009060419A1
Application number: DE102009060419A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 51688 Dlugas
Original assignee: HEW Kabel GmbH and Co KG
Current assignee: HEW Kabel GmbH and Co KG
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-30
Also published as: EP2346050A3; US20110147079A1; EP2346050B1; CA2726059A1; EP2346050A2

Abstract

Bei einem zugfesten elektrischen Leiter aus einem zentralen Kerndraht und mindestens zwei über dem Kerndraht angeordneten Drahtlagen ist über dem zentralen Kerndraht (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine innere erste Drahtlage aus einer in Umfangsrichtung wechselnden Folge von Kupferdrähten (3) und Stahldrähten (4) angeordnet. Die äußere zweite oder jede weitere Drahtlage besteht ausschließlich aus Kupferdrähten (5).

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zugfester elektrischer Leiter aus einem zentralen Kerndraht und mindestens zwei über dem Kerndraht angeordneten Drahtlagen.
Ein solcher Leiter ist beispielsweise in der EP 2 096 645 A1 beschrieben, die angestrebte Zugfestigkeit wird hierbei durch eine über dem Kerndraht aus Kupfer angeordnete Lage aus Stahldrähten erreicht. Verwendet werden soll ein solcher Leiter mit einer geeigneten Isolierung insbesondere für Verdrahtungs- oder Sensorleitungen in der Kraftfahrzeugindustrie, wo es auf geringe Querschnitte und damit auf eine gute Biegbarkeit und eine hohe Flexibilität sowie hohe Zugfestigkeiten ankommt.
Gerade im Bereich der Sensorleitungen aber, etwa bei den Zuleitungen für die sog. Lambdasonden am Abgaskatalysator eines Kraftfahrzeuges, wird zunehmend gefordert, dass diese Leitungen an ihren Enden gasdicht verschließbar sind, beispielsweise dann, wenn das ausgewählte Leitungsende mit einem sog. Crimpkontakt abgeschlossen wird. Werden hierbei, wie allgemein bekannt, nach Entfernen der Leiterisolierung die Leiterdrähte mittels einer umgelegten Kontakhülse miteinander verpresst, dann bildet die bekannte geschlossene Stahldrahtlage über dem Kerndraht ein tragendes Gewölbe, das ein Zusammenpressen aller Drähte, einschließlich des Kerndrahtes, verhindert. Die Folge sind im Innern des Leiters längsverlaufende Kanäle, die unter Feuchtigkeitseinwirkung von Außen zu Korrosionen im Leiter führen, aber auch eine durch die geschlossene Stahldrahtlage bewirkte verringerte Flexibilität.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Leiter eines elektrischen Kabels oder einer Leitung geringer äußerer Abmessungen so auszubilden, das er hochflexibel und gleichzeitig zugfest ist, aber auch problemlos durch eine einfache, in der heutigen Anschlusstechnik als besonders rationel bewertete Quetschverbindung gasdicht verschließbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass über dem zentralen Kerndraht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine innere erste Drahtlage aus einer in Umfangsrichtung wechselden Folge von Kupferdrähten und Drähten höherer Zugfestigkeit angeordnet ist und die äußere zweite oder jede weitere Drahtlage ausschließlich aus Kupferdrähten besteht. Für eine übliche Anordnung von sechs Drähten in der ersten Drahtlage eines sog. Litzenleiters bedeutet dies, dass die Drähte erhöhter Zugfestigkeit in der Leiterlitze im Gegensatz zum bekannten Leiter sternförmig angeordnet sind und damit eine erhöhte Flexibilität zulassen, ohne dass die nachgefragte Zugfestigkeit dadurch beeinträchtigt wird. Wird, wie in der Luftfahrt, in zunehmendem Maße besonderer Wert auf eine Gewichtsreduzierung gelegt, dann sind auch hier die erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Leiter von besonderer Bedeutung.
Ein besondere Vorteil der Erfindung liegt noch darin, dass bei einer vom Umfang her ausgeübten radialen Presskraft durch eine Verformung der weicheren Kupferdrähte sämtliche Hohlräume im Leiter bis zum Kerndraht hin ausgefüllt und damit z. B. ein abgesetztes, d. h. abisoliertes Leiterende, gasdicht verschlossen wird. Nach der Erfindung sind nämlich die Drähte erhöhter Zugfestigkeit im Anschluss an die Verdichtung des Leiters praktisch in einer Kupfermatrix eingebettet. Neben der Gasdichtigkeit des Leiterendes ist noch entscheidend, dass die Kupfermatrix eine extrem gute und dauerhafte elektrische Kontaktverbindung zum umgebenden Anschlussteil, etwa einem Crimpkontakt, liefert. Ein solcher Leiter ist daher mit besonderem Vorteil dort einzusetzen, wo, wie im Kraftfahrzeugbereich, aber auch in der Luftfahrttechnik, spezielle Anforderungen an die elektrischen Versorgungskabel oder -leitungen hinsichtlich Flexibilität, Zugfestigkeit sowie Korrosionsfestigkeit bei einer sicheren Kontaktfähigkeit gestellt werden.
Die Drähte erhöhter Zugfestigkeit können beispielsweise hochlegierte Kupferdrähte sein, in der Regel wird man in Durchführung der Erfindung jedoch Stahldrähte und insbesondere Drähte aus einem Edelstahl verwenden, die eine noch höhere Zugfestigkeit aufweisen und im Fall von Edelstahl korrosionsfest sind. Ein so ausgebildeter Litzenleiter weist eine Zugkraft von mindestens 200 N auf.
Der als Kerndraht eingesetzte Kupferdraht und die in den einzelnen Drahtlagen angeordneten Drähte aus Kupfer können in Weiterführung der Erfindung blanke Kupferdrähte sein, als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, für die Zwecke der Erfindung vernickelte, verzinnte oder auch versilberte Kupferdrähte einzusetzen.
Der elektrische Leiter nach der Erfindung kann je nach Verwendungszweck die unterschiedlichsten Isolierungen über der äußersten Kupferdrahtlage aufweisen. So kann die Isolierung beispielsweise aus einem Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) oder auch aus einem Kautschuk- oder Silikonkautschukmaterial bestehen, oder auch aus einem Polymer auf Basis Polyetherketone (PEK, PEEK, PEKK) hergestellt sein. Werden, wie z. B. in der Kraftfahrzeugtechnik, erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, wie Ölen und Fetten, gestellt, dann wird man in Weiterführung der Erfindung als Isoliermaterial für den elektrischen Leiter eher Fluorpolymere verwenden. Solche Fluorpolymere können in der Wärme verformbare Polymere sein, wie beispielsweise das Perfluoralkoxy-Copolymerisat (PFA), das Perfluorethylenpropylen (FEP), das Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) oder auch ein Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerisat (TFA/PFA) oder ähnliche Fluorpolymere.
Für den Fall jedoch, dass mit dem Isoliermaterial ein weiter Temperaturbereich abgedeckt werden soll, der sowohl sehr tiefe, als auch sehr hohe Temperaturen beinhaltet, dann wird man nach der Erfindung zu einem in der Wärme nicht verformbaren Fluorpolymer übergehen. Das ist ein Polytetrafluorethylen (PTFE) oder auch ein durch Zusätze modifiziertes Poytetrafluorethylen, sofern dieses modifizierte Polytetrafluorethylen in der Wärme nicht verformbar ist.
Die Erfindung sei anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch ein elektrisches Kabel 1, z. B. als Anschlussleitung für die in einem Kraftfahrzeug angeordnete Lambdasonde. Der erfindungsgemäße elektrische Leiter dieses Kabels 1 besteht aus dem zentralen Kerndraht 2 aus Kupfer. In einer ersten Lage über diesem Kerndraht 2 sind sechs Einzeldrähte angeordnet, wobei diese Einzeldrähte als Kupferdrähte 3 und als Stahldrähte 4 ausgebildet sind, die sich in der Folge in Umfangsrichtung einander abwechseln. Dadurch ergibt sich eine sternförmige Anordnung der zugfesten und daher eher steifen Stahldrähte 4 mit der Folge, dass die Flexibilität des extrem dünnen Kabels kaum beeinträchtigt wird. In einer zweiten Drahtlage sind weitere zwölf Kupferdrähte 5 angeordnet, sie bilden im Ausführungsbeispiel die äußerste Drahtlage, auf der schließlich die Isolierung 6 aufgebracht ist. Der Durchmesser sowohl des Kerndrahtes 2, der Kupferdrähte 3 und 5 sowie der Stahldrähte 4 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 0,16 mm, sodass sich ein Gesamtdurchmesser des Leiters von nur etwa 0,75 mm ergibt. Wenn, wie im vorliegenden Fall, das Kabel 1 als Zuleitung für eine Lambdasonde dient, die Leiterisolierung 6 daher vorteilhaft aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht, ergibt sich ein Gesamtdurchmesser für das erfindungsgemäße Kabel 1 von nur etwa 1,31 mm.
Wird, wie bereits angedeutet, an einem oder beiden Enden des Kabels 1 ein sog. Crimpkontakt mit einer Kontaktfahne zum elektrischen Anschluss eines Verbrauchers angebracht, dann wird um das abgesetzte, also von der Isolierung 6 befreite, Leiterende eine Crimphülse herumgelegt und die Hülse zusammen mit dem Leiterende verpresst.
Die 2 zeigt das verpresste Leiterende 7 mit dem Crimpkontakt 8 sowie einer aus dem Verpressen der Kupferdrähte 2, 3 und 5 entstandenen Kupfermatrix 9, in der die Stahldrähte 4 eingebettet sind. Trotz dieser wegen der geforderten Zugfestigkeit eingelagerten Stahldrähte 4 ist die erfindungsgemäße Crimpverbindung gasdicht und somit korrosionsfest. Durch den gezielten Aufbau des elektrischen Leiters und die anschließende Verformung des Leiterendes 7 gemeinsam mit einer umschließenden Crimphülse (8) wird eine besonders innige, elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Leiter des Kabels 1 nach der Erfindung und dem Crimpkontakt erreicht. Damit ergibt sich ein konstanter Durchgangswiderstand über die gesamte Umfläche des Leiterendes. Letztendlich führt der erfindungsgemäße Aufbau des elektrischen Leiters zu einer Vorkonfektionierung von z. B. Kabelbäumen mit Crimpkontakten hoher, gleichbleibender Qualität und hohen Verdrahtungsgeschwindigkeiten. Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel und damit auf den Einsatz des erfindungsgemäßen Kabels 1 in der Kraftfahrzeugtechnik beschränkt. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise die erwähnte Luftfahrtindustrie ebenso wie das weite Gebiet der Datenübertragung.
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 2096645 A1 [0002]

Claims

Zugfester elektrischer Leiter aus einem zentralen Kerndraht und mindestens zwei über dem Kerndraht angeordneten Drahtlagen, dadurch gekennzeichnet, dass über dem zentralen Kerndraht (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine innere erste Drahtlage aus einer in Umfangsrichtung wechselnden Folge von Kupferdrähten (3) und Drähten (4) höherer Zugfestigleit angeordnet ist und die äußere zweite oder jede weitere Drahtlage ausschließlich aus Kupferdrähten (5) besteht.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4) höherer Zugfestigkeit Stahldrähte sind
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4) höherer Zugfestigkeit hochlegierte Kupferdrähte sind.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten der zentrale Kerndraht (2) ein blanker Kupferdraht ist.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferdrähte (2, 3, 5) vernickelt, verzinnt oder versilbert sind.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahldrähte (4) aus einem Edelstahl hergestellt sind.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Leitungsenden mit einem Crimpkontakt (8) versehen sind.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Crimpverbindung zwischen den Drähten (2, 3, 4, 5) des elektrischen Leiters und dem Crimpkontakt (8) gasdicht ist.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit Stahldrähten in der inneren ersten Lage, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Zugkraft mindestens 200 N beträgt.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung des Leiters aus einem Fluorpolymer besteht.
Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer der Isolierung ein Polytetrafluorethylen ist.