DE102010049603A1 - Cable for use as wiring between chassis or vehicle frame and wheel of electric vehicle, has outer sheath and conductor strand comprising flexibilities coordinated together such that outer sheath is rigid than enclosed strand by tensile load - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kabel mit zumindest einem Leiterstrang, der von einer Außenhülle umhüllt ist.The invention relates to a cable with at least one conductor strand, which is enveloped by an outer shell.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem derartigen Kabel als Verkabelung eines durch einen Radnabenmotor angetriebenen Rades.The invention further relates to a vehicle having such a cable as wiring of a wheel driven by a wheel hub motor.
In naher Zukunft wird die allgemeine Mobilität einen starken Wandel erfahren. Elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden zunehmend Verbreitung finden. Eine mögliche Antriebsvariante ist hierbei ein Radnabenmotor. Der Radnabenmotor ist üblicherweise direkt in ein Rad oder eine Felge eines Fahrzeugs integriert und führt beim Fahren eine ähnliche Federbewegung aus wie das Rad selbst. Die für den Antrieb notwendige Energie wird üblicherweise über eine Verkabelung zugeführt. Aufgrund einer durch die Federbewegung bewirkten Relativbewegung zwischen Radnabenmotor und Chassis bzw. Rahmen des Fahrzeugs ist zur Übertragung der Antriebsenergie eine spezielle Verkabelung erforderlich. Durch die Relativbewegung zwischen Radnabenmotor und Chassis entstehen fortwährende Streck- und Biegebewegungen, welche sich insbesondere auf Leiter oder Geflechte im außermittigen Bereich des Kabels nachteilhaft auswirken und diese zerstören können.In the near future, general mobility will undergo a major transformation. Electrically powered vehicles will become increasingly popular. One possible drive variant here is a wheel hub motor. The wheel hub motor is usually integrated directly into a wheel or a rim of a vehicle and performs a similar spring movement during driving as the wheel itself. The energy required for the drive is usually supplied via a wiring. Due to a relative movement between the wheel hub motor and the chassis or frame of the vehicle caused by the spring movement, special wiring is required to transmit the drive energy. Due to the relative movement between the wheel hub motor and the chassis, continuous stretching and bending movements occur, which in particular have an adverse effect on conductors and braids in the off-center region of the cable and can destroy them.
Ein als Hybridkabel ausgebildetes Kabel ist beispielhaft aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kabel derart weiterzuentwickeln, dass dieses durch eine sichere und dauerhafte Verkabelung auch bei kontinuierlichen Biegebewegungen charakterisiert ist. Das Kabel soll insbesondere als Verkabelung zwischen einem Chassis und einem Radnabenmotors in bestehende Fahrwerkskonfigurationen von Fahrzeugen integrierbar sein.The invention has for its object to further develop a generic cable such that this is characterized by a secure and durable wiring even with continuous bending movements. The cable should in particular be integrated as a wiring between a chassis and a hub motor in existing chassis configurations of vehicles.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4, 9 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of
Ein erfindungsgemäßes Kabel mit zumindest einem Leiterstrang, der von einer Außenhülle umhüllt ist, die ein flexibles Drahtgeflecht aufweist, das in einen Kunststoff oder Gummi eingebettet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass Nachgiebigkeiten von der Außenhülle und dem Leiterstrang so aufeinander abgestimmt sind, dass die Außenhülle unter Zugbelastung steifer ist als der umhüllte Leiterstrang.An inventive cable with at least one conductor strand, which is enveloped by an outer shell having a flexible wire mesh, which is embedded in a plastic or rubber, is characterized in that compliances of the outer shell and the conductor strand are coordinated so that the outer shell Under tensile load is stiffer than the coated conductor strand.
Unter der Zugbelastung wird dabei eine Belastung verstanden, welche innerhalb des Kabels insbesondere in axialer oder achsparalleler Richtung des Kabels auf dessen Komponenten einwirkt. Eine solche Zugbelastung entsteht nicht nur durch einen Zug in Längsrichtung des Kabels, sondern auch beim Biegen des Kabels. Unter einer steiferen Außenhülle wird insbesondere verstanden, dass die Außenhülle weniger nachgibt als der von dieser umgebene Leiterstrang.Under the tensile load is understood to mean a load which acts on the components within the cable, in particular in the axial or paraxial direction of the cable. Such a tensile load arises not only by a train in the longitudinal direction of the cable, but also when bending the cable. A stiffer outer shell is understood in particular to mean that the outer shell yields less than the conductor strand surrounded by it.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Optimierung eines Kabels zur Verkabelung eines Radnabenantriebs für Elektrofahrzeuge, insbesondere des Elektromotors von Elektrofahrzeugen. Das Kabel weist dadurch eine ausreichende Flexibilität, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen –40°C und +150°C auf.The solution according to the invention makes it possible to optimize a cable for wiring a wheel hub drive for electric vehicles, in particular the electric motor of electric vehicles. The cable thus has sufficient flexibility, in particular in a temperature range between -40 ° C and + 150 ° C.
In einer vorteilhaften Ausführung gemäß einer ersten Variante und ersten Ausgestaltung weist bei dem Kabel der umhüllte Leiterstrang innerhalb der Außenhülle einen gewellten Verlauf auf. Dies wird bei einem Kabel insbesondere dadurch ermöglicht, dass der umhüllte Leiterstrang beim Biegen des Kabels zumindest eine Längenänderung entsprechend einer mittleren Längenänderung eines Kabelumfangs des Kabels in dessen Längsrichtung zulässt. Äquivalent dazu ist auch ein Gewebe oder Drahtgeflecht zu sehen, welches als Schirm in der Außenhülle des Kabels oder innenseitig der Außenhülle des Kabels benachbart angeordnet ist.In an advantageous embodiment according to a first variant and first embodiment, in the case of the cable, the sheathed conductor strand has a corrugated course within the outer sheath. In the case of a cable, this is made possible in particular by virtue of the fact that the sheathed conductor strand allows at least one change in length corresponding to an average change in length of a cable circumference of the cable in its longitudinal direction when the cable is bent. Equivalent to this is also a fabric or wire mesh to see, which is arranged as a screen in the outer shell of the cable or inside the outer shell of the cable adjacent.
In einer vorteilhaften Ausführung gemäß einer ersten Variante und zweiten Ausgestaltung ist bei dem Kabel in der Außenhülle oder außermittig des Kabels und der Außenhülle benachbart ein elektrisch leitfähiges Gewebe aus Fasern oder ein elektrisch leitfähiges Drahtgeflecht ausgebildet, wobei das Gewebe aus Fasern oder das Drahtgeflecht unsymmetrisch über einen Querschnitt des Kabels ausgebildet ist. Auch kann außermittig des Kabels ein weiterer Leiterstrang angeordnet sein, wobei Adern des weiteren Leiterstrangs unsymmetrisch über einen Querschnitt des Kabels ausgebildet sind. Durch die unsymmetrische Ausgestaltung der Fasern oder Leiter wird je nach Ausgestaltung ein bevorzugter Radius für eine Biegung des Kabels vorgegeben, bei dem die einzelnen Komponenten des Kabels in einer bevorzugt gleichmäßig entspannten Ausrichtung angeordnet sind.In an advantageous embodiment according to a first variant and second embodiment of the cable in the outer shell or off-center of the cable and the outer shell adjacent an electrically conductive fabric made of fibers or an electrically conductive wire mesh is formed, wherein the fabric of fibers or the wire mesh unbalanced over a Cross-section of the cable is formed. Also off-center of the cable can be arranged another conductor strand, wherein cores of the further conductor strand are formed asymmetrically over a cross section of the cable. Due to the asymmetrical design of the fibers or conductors Depending on the configuration, a preferred radius for a bending of the cable is predetermined, in which the individual components of the cable are arranged in a preferably uniformly relaxed orientation.
Insbesondere kann eine solche unsymmetrische Ausgestaltung von Fasern, Leitern oder dergleichen auch über eine Gesamtlänge des Kabels gesehen auf einem nur begrenzten Abschnitt des Kabels ausgebildet sein. Dies ist vorteilhaft, wenn bei einer Versorgung beispielsweise eines Radnabenmotors nur ein begrenzter Kabelabschnitt mit einem Radius gebogen verlaufend zwischen einem Fahrzeug-Chassis und einem Rad verläuft.In particular, such an asymmetrical design of fibers, conductors or the like can also be formed over a total length of the cable on a limited section of the cable. This is advantageous if, in the case of a supply of, for example, a wheel hub motor, only a limited cable section with a radius extending in a curved manner extends between a vehicle chassis and a wheel.
In einer vorteilhaften Ausführung gemäß einer ersten Variante und dritten Ausgestaltung sind bei dem Kabel in der Außenhülle ein oder vorzugsweise zwei oder mehr steife Stränge in Längsrichtung des Kabels verlaufend eingesetzt. Diese können besonders vorteilhaft rechts und links der sich unter Biegung einstellenden neutralen Faser als Versteifungsstränge eingearbeitet sein, so dass der Gesamtstrang des Kabels eine Vorzugs-Biegerichtung und gleichzeitig eine höhere Mantelsteifigkeit unter Zug erhält.In an advantageous embodiment according to a first variant and third embodiment, one or preferably two or more stiff strands are used running in the cable in the outer shell extending in the longitudinal direction of the cable. These can be incorporated particularly advantageous right and left of the adjusting under bending neutral fiber as stiffening strands, so that the total strand of the cable receives a preferential bending direction and at the same time a higher shell stiffness under train.
Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Kabels mit zumindest einem Leiterstrang, der von einer Außenhülle umhüllt ist, besteht die Außenhülle zum mechanischen Schutz des Leiterstrangs aus einzelnen Segmenten. Derartige Segmente geben einen besonders guten Schutz und eine besonders hohe Stabilität.According to a second variant of the cable according to the invention with at least one conductor strand, which is enveloped by an outer shell, the outer shell for mechanical protection of the conductor strand consists of individual segments. Such segments give a particularly good protection and a particularly high stability.
Vorteilhaft ist dabei, wenn bei dem Kabel die Segmente derart ineinander greifen, dass sich Gelenke zwischen den einzelnen Segmenten bilden und sie eine zugfeste und biegeweiche Struktur bilden, wobei eine neutrale Faser im Bereich der Gelenke zwischen den einzelnen Segmenten gebildet ist. Solche Gelenke können insbesondere durch Strukturen in Art eines Zapfen bzw. einer Zapfenaufnahme auf den einzelnen Segmenten ausgebildet sein.It is advantageous if in the cable, the segments engage in such a way that form joints between the individual segments and they form a tensile and flexible structure, with a neutral fiber is formed in the joints between the individual segments. Such joints may be formed in particular by structures in the manner of a pin or a pin receiving on the individual segments.
Alternativ dazu oder kombiniert damit kann bei dem Kabel zumindest ein Versteifungsstrang an zumindest einer Seite der Segmente so in die Struktur integriert sein, dass der zumindest eine Versteifungsstrang Scharnierfunktion und Versteifung in einem übernimmt.Alternatively, or combined with the cable, at least one stiffening strand may be integrated into the structure on at least one side of the segments in such a way that the at least one stiffening strand assumes hinge function and stiffening in one.
Bei dieser Ausgestaltung wird bevorzugt, wenn bei dem Kabel zwei oder mehr steife Schnüre als solche Versteifungsstränge zu beiden Seiten der Segmente so in die Struktur integriert sind, dass sie Scharnierfunktion und Versteifung in einem übernehmen.In this embodiment, it is preferred if in the cable two or more rigid cords are integrated as such stiffening strands on both sides of the segments in the structure so that they take over the hinge function and stiffening in one.
In einer vorteilhaften Ausführung bestehen bei dem Kabel die Segmente aus gebogenen Stanzteilen. Die Fertigung als Stanzteile ermöglicht gleichzeitig nicht nur die Fertigung der groben Konturen des Segments sondern zugleich auch eine Ausgestaltung weiterer Segmentmerkmale wie einer Biegung oder einer Ausgestaltung von Zapfen, Zapfenaufnahmen oder Durchgangsöffnungen zum Durchführen eines Seils oder Kabels.In an advantageous embodiment, the segments consist of curved stamped parts in the cable. The production as stamped parts not only allows the production of the rough contours of the segment at the same time but also an embodiment of other segment features such as a bend or a configuration of pins, pin receptacles or through holes for passing a rope or cable.
Gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Kabels mit zumindest einem Leiterstrang, der von einer Außenhülle umhüllt ist, weist die Außenhülle zum mechanischen Schutz des Leiterstrangs eine ein- oder mehrspiralige Umhüllung auf.According to a third variant of the cable according to the invention with at least one conductor strand, which is enveloped by an outer shell, the outer shell for mechanical protection of the conductor strand on a single or multi-spiral enclosure.
Eine erfindungsgemäße Verwendung eines solchen Kabels erfolgt insbesondere in einem Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, bei welchem zumindest ein derart ausgebildetes Kabel als Verkabelung zwischen einem Fahrzeugrahmen bzw. Chassis und einem durch einen Radnabenantrieb oder anderen Elektromotor angetriebenen Rad verläuft. Bereitgestellt wird somit eine funktionsoptimierte Ausführung einer Verkabelung für Radnabenantriebe eines als Elektromotor ausgestalteten Radnabenantriebs für Elektrofahrzeuge. Neben Antrieben als vollwertigen Fahrzeugantrieben können solche Elektromotoren auch als Unterstützungsantriebe neben z. B. einem Verbrennungsmotor ausgestaltet sein.An inventive use of such a cable takes place in particular in a vehicle, in particular electric vehicle, in which at least one cable designed in this way runs as wiring between a vehicle frame or chassis and a wheel driven by a wheel hub drive or other electric motor. Thus, a function-optimized design of a wiring for wheel hub drives of a wheel hub drive designed as an electric motor for electric vehicles is provided. In addition to drives as fully fledged vehicle drives such electric motors can also be used as support drives in addition to z. B. be configured as an internal combustion engine.
Allen beschriebenen Ausgestaltungen gemeinsam ist, dass die Außenhülle unter Zugbelastung steifer ist als der umhüllte Leiterstrang. Dies kann durch unterschiedliche Maßnahmen erzielt werden, welche auf das Material oder den Aufbau der Außenhülle selber oder auf den Aufbau des Schirms oder gar den Aufbau des Leiterstrangs selber abstellen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Ausgestaltung der Außenhülle und des darin aufgenommenen Schirms, welcher als Gewebe, Geflecht oder aus Segmenten ausgebildet ist.Common to all embodiments described is that the outer shell is under tensile load stiffer than the coated conductor strand. This can be achieved by different measures, which turn off the material or the structure of the outer shell itself or on the structure of the screen or even the structure of the conductor strand itself. One focus is on the design of the outer shell and the screen recorded therein, which is designed as a fabric, mesh or segments.
Das erfindungsgemäße Kabel ist aufgrund der optimalen Biegbarkeit an bestehende Bauraumverhältnisse in besonders vorteilhafter Weise in Fahrzeugen mit einem Radnabenmotor integrierbar. Hinsichtlich der Verwendung des Kabels bestehen keine Restriktionen. So kann es bevorzugt zur Energieversorgung eines Radnabenmotors verwendet werden.The cable according to the invention is due to the optimal flexibility to existing space conditions in a particularly advantageous manner in vehicles with a wheel hub motor integrated. There are no restrictions on the use of the cable. Thus, it can preferably be used to supply energy to a wheel hub motor.
Eine Ansteuerung des Motors sowie eine Übertragung von Sensorsignalen aus dem Motorinneren an Steuergeräte im Fahrzeug kann aber auch per Lichtwellenleiter erfolgen, wobei eine Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischer Störimpulse vorteilhaft ist. Jedoch können zusätzlich oder alternativ zu einer Energieversorgung auch elektrische Signale über in dem Kabel befindlichen Signalleitungen übertragen werden.A control of the motor and a transmission of sensor signals from the engine inside to control devices in the vehicle can also be done by optical fibers, with a insensitivity to electromagnetic interference pulses is advantageous. However, in addition to or alternatively to a power supply also electrical Signals are transmitted via signal lines located in the cable.
Mit den vorgeschlagenen Lösungen ist eine hinreichende Abschirmung gegen Störimpulse gewährleistet, um Forderungen an eine elektromagnetische Verträglichkeit gerecht zu werden. Diese Abschirmung soll sowohl eine Verbreitung von Störimpulsen nach Außen, als auch eine Weiterleitung von Störimpulsen in den Motor verhindern. Ferner bieten die einzelnen Ausführungen den Vorteil, im Falle eines Unfalles oder einer mechanischen Beschädigung durch z. B. Marderbisse einen ausreichenden Schutz zu bieten. Da die Belastungen bei Unfällen so hoch werden können, dass eine Trennung des Rades vom Fahrzeugkörper unvermeidlich ist, soll eine beherrschbare Auftrennung der Verkabelung gewährleistet sein. Dies kann über eine für sich bekannte spezielle Trennkupplung erfolgen, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Wichtig für die sichere Funktion dieser Kupplung ist jedoch eine ausreichende Widerstandsfähigkeit der Verkabelung gegen Abriss, so dass die Auslösekraft der Sicherheitstrennkupplung in jedem Fall deutlich oberhalb der Versagensgrenze der Zuleitungen bzw. Kabel liegen sollte.With the proposed solutions a sufficient shielding against glitches is guaranteed to meet requirements for electromagnetic compatibility. This shielding is intended to prevent the propagation of interference pulses to the outside, as well as a transmission of interference pulses in the engine. Furthermore, the individual versions offer the advantage in the event of an accident or mechanical damage by z. B. Marten bites to provide adequate protection. Since the loads in accidents can be so high that a separation of the wheel from the vehicle body is inevitable, a manageable separation of the wiring should be ensured. This can be done via a known special isolation clutch, which will not be discussed here. Important for the safe operation of this coupling, however, is a sufficient resistance of the wiring against demolition, so that the release force of the safety isolating coupling in any case should be well above the failure limit of the leads or cables.
Bezüglich der Ausbildung des Kabels bestehen keine Restriktionen. Dieses kann je nach Erfordernis aus verschiedenartigsten für sich bekannten Materialien und mit einem oder mehreren Leitersträngen ausgebildet sein.There are no restrictions on the design of the cable. This can be formed as required from a variety of known materials and with one or more conductor strands.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand einer Figur erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below with reference to a figure. It details the following:
Die
Das Rad
Zum Verständnis der Streckbewegungen bei Biegungen ist in einem schematischen Ausschnitt B in
Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist in
Bei dieser Variante wird ein Schirm mit einem flexiblen Drahtgeflecht
Die Situation unter Biegung stellt sich folgendermaßen dar: Im Inneren des Strangs bzw. Kabels
Daher werden der Mantel bzw. die Außenhülle
Gemäß der ersten Ausgestaltung, welche in den vergrößerten Ausschnitten A, C in
According to the first embodiment, which in the enlarged sections A, C in
Anstelle oder zusätzlich zu dieser Ausgestaltung mit einem gewellten Verlauf des Leiterstrangs
Die
In der
Das wesentliche Merkmal dieser Ausgestaltung besteht darin, dass ein Faserverlauf im Mantel bzw. in der Außenhülle
Gemäß der dritten Ausgestaltung, welche ebenfalls anhand der
Dieser Eigenschaft kann abgeholfen werden, wenn eine neutrale Faser NF im Außenmantel bzw. in der Außenhülle
Welche der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen einzeln oder in Kombination untereinander in einem anwendungsgemäßen Kabel
Insbesondere die zweite Ausgestaltung mit dem über den Querschnitt des Kabels
Elemente zur Ausgestaltung einer zweiten Variante sind anhand der
Gemäß einer ersten Ausgestaltung weisen die einzelnen Schirmsegmente
Ein solcher Segmentschirm aus den Schirmsegmenten
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung dieser zweiten Variante können alternativ zu den durch die Zapfen und Zapfenaufnahmen ausgebildeten Gelenke zwei steife Schnüre zu beiden Seiten der Schirmsegmente
Die beiden Ausgestaltungen dieser zweiten Variante können in Analogie zu für sich genommen bekannten Strukturen gesehen werden. So ist vom Wirkungsprinzip die erste Ausgestaltung der zweiten Variante vergleichbar einer menschlichen Wirbelsäule, bei welcher gelenkig verbundene Umhüllungskörper die sensiblen Leitungen bzw. Leiterstränge
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführung beschränkt. Modifikationen sind möglich. Entscheidend ist, dass mit dieser Konfiguration eine dauerhaft sichere Verkabelung trotz einer hohen Belastung des Kabels
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kabelelectric wire
- 22
- Fahrzeugrahmenvehicle frame
- 33
- Radwheel
- 44
- DoppelquerlenkerDouble wishbone
- 55
- Außenhülleouter shell
- 66
- Leiterstrangconductor lane
- 7, 7*, 7°7, 7 *, 7 °
- Drahtgeflecht oder SchirmWire mesh or screen
- 88th
- LeiterstranghülleConductor strand shell
- 99
- Versteifungsstrangstiffening strip
- 1010
- Schirmsegmentscreen segment
- 1111
- Vorsprung, insbesondere ZapfenProjection, in particular cones
- 1212
- Aufnahme, insbesondere ZapfenaufnahmeRecording, in particular pin recording
- 1313
- alternatives Schirmsegmentalternative screen segment
- AFAF
- äußere Faserouter fiber
- ±dL± dL
- Differenzlänge der Länge gegenüber neutraler FaserDifference length of length compared to neutral fiber
- IFIF
- innere Faserinner fiber
- L0L0
- Leiterlänge neutraler FaserConductor length of neutral fiber
- NFNF
- neutrale Faserneutral fiber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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|
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