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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel mit einer Außenisolierung, das zumindest teilweise mit einem Kunststoff umschäumt ist, sowie ein Verfahren zum Abdichten zumindest eines Teils eines Kabels mit einer Außenisolierung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2010 028 592 A1 ist ein geschäumter Dichtkörper bekannt, der ein Kabel umgibt. Der Dichtkörper wird dabei durch Aufschäumen von Polyurethan hergestellt. Je nachdem aus welchem Material die Außenisolierung des umschäumten Kabels besteht, haftet der Polyurethanschaum unterschiedlich gut an der Außenisolierung an. Wenn eine Zugkraft auf das Kabel wirkt, kann gerade bei einer schlechten Haftung zwischen dem Polyurethanschaum und der Außenisolierung des Kabels das Kabel verrutschen, wodurch es zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Dichtwirkung des Polyurethanschaums kommt.
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Beschreibung der Erfindung
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kabel bereit zu stellen, das eine verlässlichere Verbindung zwischen dem Kabel und einem Kunststoff gewährleistet, mit dem das Kabel zumindest teilweise umschäumt ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein dazugehöriges Verfahren zum Abdichten zumindest eines Teils eines solchen Kabels anzugeben.
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Dementsprechend umfasst die Erfindung ein Kabel mit einer Außenisolierung, das ein Verbindungselement aufweist, welches mit der Außenisolierung des Kabels formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Zumindest das Verbindungselement ist dabei mit einem Kunststoff umschäumt, so dass sich zwischen dem Verbindungselement und dem Kunststoff eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung ergibt.
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In der Regel werden Kabel mit einem Kunststoff umschäumt, um eine Öffnung, wie z. B. eine Öffnung eines Gehäuses, durch die das Kabel geführt wird, gegen Feuchtigkeit abzudichten. Durch das Verbindungselement wird eine verlässlichere Verbindung zwischen dem Kabel und dem Kunststoff erreicht. Darüber hinaus kann das Verbindungselement zur Zugentlastung dienen. Vorzugsweise ist das Verbindungselement derartig ausgestaltet, dass eine gute Haftung zum Kunststoff erreicht wird. Im Sinne der Erfindung kann der Begriff Kunststoff auch ein Kunstharz umfassen.
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In einer Ausführungsform umfasst der Kunststoff Polyurethan oder besteht aus Polyurethan. Polyurethanschaum ist besonders geeignet zum Abdichten. Das Polyurethan kann beispielsweise eine Dichte von 700 kg/m3 bis 900 kg/m3 gemessen gemäß DIN EN ISO 845 und/oder eine Shore-A-Härte von 50 bis 70 gemessen gemäß DIN 53505 aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine Dichte des Polyurethans von 800 kg/m3 bis 820 kg/m3 sowie eine Shore-A-Härte von 58 bis 62, insbesondere im Wesentlichen 60. Bei den genannten Dichten und Shore-A-Härten werden besonders gute Abdichteigenschaften des Polyurethans erreicht.
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In einer Ausführungsform enthält die Außenisolierung des Kabels Silikon oder besteht im Wesentlichen aus Silikon. Unter Silikon können beispielsweise Polysiloxane verstanden werden. Vorzugsweise wird Silikonkautschuk verwendet, beispielsweise modifizierter Silikonkautschuk SiR. Silikon wird insbesondere bei sogenannten Hochvoltkabeln als Außenisolierung verwendet. Hochvoltkabel werden bevorzugt für Spannungen zwischen 42 Volt und 600 Volt eingesetzt. Bei diesen Spannungen können sich die Kabel erheblich erwärmen. Deswegen wird Silikon als Außenisolierung verwendet, weil Silikon dauerhaft bis 180°C (beispielsweise bis zu 3000 Stunden) temperaturbeständig ist. Kurzfristig (beispielsweise bis zu 240 Stunden verteilt über die Lebensdauer des Kabels) verträgt Silikon sogar Temperaturen bis zu 205°C. Bei sogenannten Niedervoltkabeln, die für Spannungen zwischen 1 und 41 Volt vorgesehen sind, kommen zumeist andere Außenisolierungsmaterialien zum Einsatz, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyurethan oder Polyethylen. Diese Materialien sind in der Regel nur bis zu 105°C dauerhaft belastbar. Wenn Temperaturen über 150°C entstehen können, werden zwingend andere Werkstoffe, wie z. B. Silikon, benötigt. Polyurethanschaum haftet jedoch sehr schlecht auf Silikon, so dass gerade bei Hochvoltkabeln die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungselements zu erheblichen Vorteilen führt.
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In einer Ausführungsform überragt das Verbindungselement die Außenisolierung in einer radialen Richtung des Kabels. Auf diese Weise bildet das Verbindungselement für den Kunststoff entlang einer Achse des Kabels einen Vorsprung, der zu einem Formschluss zwischen dem Verbindungselement und dem Kunststoff führt und so eine Zugentlastung bewirkt.
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Das Verbindungselement kann beispielsweise als ein Metallcrimp, insbesondere aus Kupfer, ausgestaltet sein. Ein solcher Metallcrimp ist besonders einfach herstellbar und montierbar. Kupfer ist als Material besonders geeignet, weil Polyurethanschaum gut auf Kupfer haftet.
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Vorzugsweise ist der Metallcrimp aus einem Blech geformt, das beispielsweise eine Dicke zwischen 0,5 und 2 Millimetern aufweist. Insbesondere eine Dicke zwischen 0,8 und 1,2 Millimetern hat sich als vorteilhaft erwiesen. Die genannten Dicken stellen einen guten Kompromiss dar zwischen einem sparsamen Materialverbrauch sowie einem guten Kraftschluss zwischen der Außenisolierung und dem Metallcrimp sowie einem ausreichenden Formschluss zwischen dem Metallcrimp und dem Kunststoff.
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In einer Ausführungsform weist das Blech einen im Wesentlichen quaderförmigen Hauptkörper und zwei in einem zusammen gebogenen Zustand des Blechs zueinander komplementäre Endstücke auf, die mit dem Hauptkörper an gegenüberliegenden Seiten des Hauptkörpers einstückig verbunden sind. Der Hauptkörper kann beispielsweise zwei zueinander parallele Hauptflächen, zwei zu den Hauptflächen senkrecht stehende zueinander parallele Seitenflächen und zwei zu den Hauptflächen und Seitenflächen senkrecht stehende Anschlussflächen umfassen. Der Abstand zwischen den Seitenflächen entspricht der Breite der Anschlussflächen. Diese Breite der Anschlussflächen kann sich in einen freiliegenden Breitenabschnitt und einen Anschlussbreitenabschnitt aufteilen. Am Anschlussbreitenabschnitt ist dann jeweils ein Endstück angeschlossen, das an einer der Anschlussfläche gegenüberliegenden Seite eine Endbreite aufweist, die der Breite des freiliegenden Breitenabschnitts im Wesentlichen entspricht. Durch diese spezielle Form des Blechs kann erreicht werden, dass die Endstücke des Metallcrimps nach dem Crimpen des Metallcrimps um das Kabel herum entlang der Achse des Kabels hintereinander liegen.
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Der Anschlussbreitenabschnitt und der Breitenabschnitt können gleich breit sein. In diesem Falle wären auch die Endstücke im Wesentlichen quaderförmig. In einer Ausführungsform jedoch ist der Anschlussbreitenabschnitt 1,5 bis 3 mal so breit wie der freiliegende Breitenabschnitt. Dies führt dazu, dass die Endstücke in einem zunehmenden Abstand von der Anschlussfläche schmaler werden. Durch den im Vergleich zum freiliegenden Breitenabschnitt breiteren Anschlussbreitenabschnitt können Übergänge zwischen den Anschlussflächen und den Endstücken bequem radienförmig ausgestaltet werden, so dass spitze Ecken vermieden werden, die beim Crimpen zu Verwerfungen führen könnten.
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Vorzugsweise ist der Metallcrimp derartig geformt und um das Kabel gebogen, dass zwischen den Endstücken eine Lücke besteht. Darüber hinaus kann zwischen den freiliegenden Breitenabschnitten und den Endstücken eine Lücke vorhanden sein. Wenn der freiliegende Breitenabschnitt und der Anschlussbreitenabschnitt unterschiedliche Breiten aufweisen, verläuft die Lücke in zumindest einem Teilbereich schräg zu der Achse des Kabels. Der Kunststoff greift in die Lücke ein, so dass ein Formschluss zwischen dem Metallcrimp und dem Kunststoff verstärkt wird. Dadurch kann die Zugentlastung in Richtung der Achse des Kabels verbessert werden. Durch den teilweise schrägen Verlauf der Lücke zu der Achse des Kabels ergibt sich zusätzlich eine Entlastung hinsichtlich einer Rotationsbewegung des Kabels um seine Achse.
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In einer Ausführungsform schneidet der Metallcrimp an mindestens einer Stelle in die Außenisolierung ein. Dadurch wird zwischen dem Verbindungselement und der Außenisolierung des Kabels ein Formschluss geschaffen oder verstärkt.
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Gemäß eines weiteren Aspektes umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abdichten zumindest eines Teils eines Kabels mit einer Außenisolierung. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Verbindungselement mit der Außenisolierung des Kabels formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Anschließend wird zumindest das Verbindungselement mit einem Kunststoff umschäumt. An dem Verbindungselement kann der Kunststoff besonders gut anhaften, so dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Kunststoff entsteht. Nach dem Aushärten des Kunststoffs ergibt sich zusätzlich ein Formschluss zwischen dem Verbindungselement und dem Kunststoff, der eine verbesserte Zugentlastung bewirkt.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verbindungselement als ein Metallcrimp ausgestaltet, der insbesondere aus Kupfer besteht. Das formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbinden des Verbindungselements mit der Außenisolierung des Kabels erfolgt dann mittels Crimpen. Crimpen ist eine besonders einfache und effektive Verbindungstechnik.
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Der Schritt des formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindens des Verbindungselements mit der Außenisolierung des Kabels kann einen Schritt umfassen, bei dem der Metallcrimp an mindestens einer Stelle in die Außenisolierung eingedrückt wird, so dass der Metallcrimp an mindestens einer Stelle in die Außenisolierung einschneidet. Auf diese Weise wird ein Formschluss zwischen dem Metallcrimp und der Außenisolierung geschaffen bzw. verbessert.
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Die Erfindung wurde mit Bezug auf ein Kabel und ein dazugehöriges Verfahren erläutert. Sofern nicht anders angegeben, können die Merkmale des Kabels analog auf das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Weitere Details von Ausführungsformen der Erfindung sowie damit zusammenhängende Vorteile werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei zeigen
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1A ein Blech für einen Metallcrimp in einer Draufsicht;
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1B das Blech aus 1A in einer perspektivischen Sicht;
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2A ein Kabel mit einer Außenisolierung, auf das das Blech aus 1A aufgecrimpt werden soll;
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2B ein Kabel mit einer Außenisolierung und einem Metallcrimp;
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3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels in einer Schnittdarstellung und
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4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche und gleichwirkende Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen benannt.
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Die 1A und 1B zeigen ein Blech, aus dem ein Metallcrimp geformt werden soll. Das Blech 1 weist einen im Wesentlichen quaderförmigen Hauptkörper 2 auf. Dieser Hauptkörper 2 umfasst zwei zueinander parallele Hauptflächen 3, zwei zu den Hauptflächen 3 senkrecht stehende, zueinander parallele Seitenflächen 4 und zwei zu den Hauptflächen 3 und Seitenflächen 4 senkrecht stehende Anschlussflächen 5, die gestrichelt dargestellt sind. Der Abstand zwischen den Seitenflächen 4 entspricht der Breite 6 der Anschlussflächen 5. Die Breite 6 der Anschlussflächen 5 teilt sich in einen freiliegenden Breitenabschnitt 7 und einen Anschlussbreitenabschnitt 8 auf. Am Anschlussbreitenabschnitt 8 ist jeweils ein Endstück 9 angeschlossen, das an einer der Anschlussfläche 5 gegenüberliegenden Seite 10 eine Endbreite 11 aufweist, die der Breite des freiliegenden Breitenabschnitts 7 im Wesentlichen entspricht.
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In der 2A ist ein Kabel 12 illustriert, das eine Außenisolierung 13 aufweist. Beim gezeigten Kabel 12 handelt es sich um ein Hochvoltkabel mit zwei Litzen 14, die zusätzlich mit jeweils einem Mantel 15 isoliert sind. Da das Kabel 12 für hohe Ströme und Spannungen ausgelegt ist, benötigt es eine besonders temperaturbeständige Außenisolierung aus Silikon. Da Polyurethan recht schlecht auf Silikon haftet, wird das Blech 1 um das Kabel 12 mittels Crimpen herumgebogen, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Metallcrimp 16, der aus dem Blech 1 besteht, mit der Außenisolierung 13 des Kabels 12 entsteht. Das Kabel 12 aus 2A ist in 2B noch einmal nach dem Aufcrimpen des Metallcrimps dargestellt. Wie dort zu sehen ist, überragt der Metallcrimp 16 die Außenisolierung 13 in einer radialen Richtung des Kabels 12. Das Blech besteht dabei aus Kupfer. Der Anschlussbreitenabschnitt 8 ist in etwa doppelt so breit wie der freiliegende Breitenabschnitt 7. Wie der 2B entnommen werden kann, ist der Metallcrimp 16 derartig geformt und um das Kabel 12 gebogen, dass zwischen den freiliegenden Breitenabschnitten 7 und den Endstücken 9 eine Lücke 17 besteht. Die Lücke 17 verläuft in einem Teilbereich schräg zu einer Achse 18 des Kabels 12. An den der Anschlussfläche 5 gegenüberliegenden Seite 10 sind die Endstücke 9 derartig in die Außenisolierung 13 eingedrückt, dass der Metallcrimp 16 dort in die Außenisolierung 13 einschneidet, wodurch ein Formschluss zwischen dem Metallcrimp 16 und der Außenisolierung 13 verbessert wird.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 19 in einer Schnittdarstellung. Die Litzen 14 des bereits mit Bezug auf die 2A und 2B beschriebenen Kabels 12 sind mit zwei Anschlüssen 20 einer Ladedose 21 zur Montage an einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug elektrisch verbunden. Ein Bereich, in dem die Litzen 14 mit den Anschlüssen 20 elektrisch verbunden sind, ist mit einem Kunststoff 22 umschäumt, der ebenfalls an die Außenisolierung 13 sowie den Metallcrimp 16 angrenzt. Wie der 3 zu entnehmen ist, drückt der Metallcrimp 16 die Außenisolierung 13 zusammen, so dass zwischen dem Metallcrimp 16 und der Außenisolierung 13 des Kabels 12 ein Kraftschluss besteht. Da der Metallcrimp 16 zusätzlich an den der Anschlussfläche 5 gegenüberliegenden Seiten 10 der Endstücke 9 in die Außenisolierung 13 einschneidet, besteht zusätzlich ein Formschluss zwischen dem Metallcrimp 16 und der Außenisolierung 13. Der Kunststoff 22 haftet auf dem Metallcrimp 16, so dass der Kunststoff 22 mit dem Metallcrimp 16 stoffschlüssig verbunden ist. Zusätzlich besteht entlang der Achse 18 des Kabels 12 ein Formschluss zwischen dem Kunststoff 22 und dem Metallcrimp 16, der zu einer Zugentlastung führt.
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Die 4 illustriert eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abdichten zumindest eines Teils eines Kabels mit einer Außenisolierung. Gemäß dem in 4 gezeigten Verfahren V wird zunächst ein Kabel mit einer Außenisolierung in Schritt S1 bereitgestellt. Ein Verbindungselement, z. B. der beschriebene Metallcrimp 16, wird in Schritt S2 mit der Außenisolierung 13 des Kabels 12 formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Anschließend wird in Schritt S3 das Kabel 12 elektrisch mit einem Anschluss, z. B. einer Ladedose, verbunden. In Schritt S4 wird ein Bereich, in dem das Kabel mit dem Anschluss elektrisch verbunden ist, sowie das Verbindungselement mit einem Kunststoff umschäumt, so dass sich zwischen dem Verbindungselement und dem Kunststoff eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung ergibt.
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Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Erläuterungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den gezeigten Ausführungsformen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt ist, zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blech
- 2
- Hauptkörper
- 3
- Hauptfläche
- 4
- Seitenfläche
- 5
- Anschlussfläche
- 6
- Breite der Anschlussfläche
- 7
- freiliegender Breitenabschnitt
- 8
- Anschlussbreitenabschnitt
- 9
- Endstück
- 10
- der Anschlussfläche gegenüberliegende Seite des Endstücks
- 11
- Endbreite des Endstücks
- 12
- Kabel
- 13
- Außenisolierung
- 14
- Litze
- 15
- Mantel der Litze
- 16
- Metallcrimp
- 17
- Lücke
- 18
- Achse des Kabels
- 19
- Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels
- 20
- Anschluss
- 21
- Ladedose
- 22
- Kunststoff
- S1
- Bereitstellen eines Kabels mit einer Außenisolierung
- S2
- formschlüssiges und/oder kraftschlüssiges Verbinden eines Verbindungselements mit der Außenisolierung des Kabels
- S3
- elektrisches Verbinden des Kabels mit einem Anschluss
- S4
- Umschäumen zumindest des Verbindungselements mit einem Kunststoff
- V
- Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028592 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 845 [0007]
- DIN 53505 [0007]
