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Die Erfindung betrifft eine EMV-Abschirmungseinrichtung zur elektromagnetisch verträglichen Abschirmung von elektrischem Strom führenden Bauteilen, insbesondere zur Abschirmung von Kabelsträngen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Weiter betrifft die Erfindung eine EMV-Verkabelung, insbesondere ein EMV-Verkabelungsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer EMV-Abschirmung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Abschirmungen elektrotechnischer Geräte sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Abschirmungen sollen den Einfluss elektrischer und/oder magnetischer Felder auf die Umgebung zumindest verringern, um so eine elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten. Dabei wird die Abschirmung allgemein über die Schirmdämpfung quantifiziert. Insbesondere sind allgemein auch Abschirmungen für elektrische Leitungen bekannt, die entsprechend über eine Transferimpedanz quantifizierbar sind. Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von verzinnten Kupferlitzen als Abschirmung bekannt. Derartige Kupferlitzen werden beispielsweise als Geflechte oder Gestricke verarbeitet, die dann zur Abschirmung verwendet werden. Allerdings weisen die vorgenannten Kupfer- bzw. Cu-Abschirmungen relativ schlechte Eigenschaften hinsichtlich der Abschirmung auf, sodass diese sich nur bedingt für eine hochsensible Abschirmung eignen. Insbesondere bei der Abschirmung von Kabelsträngen, insbesondere auch in Automobilen wie Elektroautomobilen, sind derartige Cu-Abschirmungen nicht einsetzbar.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine EMV-Abschirmungseinrichtung, eine EMV-Verkabelung und ein Verfahren hierzu zu schaffen, bei denen verbesserte Eigenschaften und Einsatzbereiche gegenüber dem Stand der Technik geschaffen werden und die insbesondere eine höhere Transferimpedanz aufweisen.
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Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch eine EMV-Abschirmung nach Anspruch 1, eine EMV-Verkabelung nach Anspruch 5 und ein Verfahren nach Anspruch 6.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben oder werden nachstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindungen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer EMV-Abschirmungseinrichtung zur elektromagnetisch verträglichen Abschirmung von elektrischem Strom führenden Bauteilen, insbesondere zur Abschirmung von Kabelsträngen, umfassend eine Abschirmhülle, wobei die Abschirmhülle als Gestrick, Gelege, Gewebe, Gewirk und/oder Geflecht ausgebildet ist, vorgesehen ist, dass die Abschirmhülle aus einer Kombination aus mindestens einer verzinnten Kupferlitze und mindestens einer elektrisch leitfähigen Metallfaser hergestellt ist. Die Abschirmhülle oder auch Schirm ist aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt. Dabei ist der Schirm bevorzugt als Geflecht, Gewirk und/oder als Gestrick ausgebildet. Entsprechend ist der Schirm aus mindestens zwei unterschiedlichen Fäden oder Filamenten hergestellt. Ein Faden ist als Kupferlitze ausgebildet. Ein anderer Faden ist als gesponnener Metallfaden ausgebildet. Die beiden unterschiedlichen Fäden werden zu einem Geflecht, einem Gewirk und/oder einem Gestrick ausgebildet. Dabei ist in einer Ausführungsform der Schirm als Gewirk ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist der Schirm als Geflecht ausgebildet. In noch einer anderen Ausführungsform ist der Schirm als Gestrick ausgebildet. Auch ist eine Kombination aus den vorgenannten Ausführungsformen ausführbar. Insbesondere weist die Abschirmhülle bzw. der Schirm eine Transferimpedanz (Einheit Milli-Ohm pro Meter) auf, die im Bereich größer gleich 10, bevorzugt größer gleich 20, weiter bevorzugt größer gleich 50 und noch weiter bevorzugt größer gleich 100 liegen.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die elektrisch leitfähige Metallfaser als gesponnenes Garn aus einem entsprechenden Metallmaterial, insbesondere als Filamentgarn, ausgebildet ist.
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Wiederum eine andere Ausführungsform sieht vor, dass eine Materialstärke der Metallfaser größer ist als eine Materialstärke der Kupferlitze. Insbesondere weisen die Metallfaser und die Kupferlitze einen zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt auf. Entsprechend ist ein Durchmesser der Metallfaser größer als der Durchmesser der Kupferlitze.
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Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Abschirmhülle als Rundgestrick, Rundgewebe, Rundgelege, Rundgeflecht und/oder Rundgewirk ausgebildet ist. Entsprechend ist die Abschirmhülle bzw. der Schirm schlauchartig ausgebildet.
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Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einer EMV-Verkabelung, insbesondere ein EMV-Verkabelungsstrang, umfassend mindestens ein elektrisch leitendes Kabel und mindestens eine das Kabel einhüllende Hülle, vorgesehen ist, dass die Hülle als eine vorstehend beschriebene EMV-Abschirmung ausgebildet ist. Die Verkabelung umfasst mindestens ein leitendes Kabel, insbesondere ein Koaxialkabel.
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Weiter schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer EMV-Abschirmung, insbesondere einer vorstehend beschriebenen EMV-Abschirmung mindestens eine Kupferlitze und mindestens eine elektrisch leitende Metallfaser zu einer Hülle gestrickt, gelegt, gewoben, gewirkt oder geflochten werden. Bevorzugt ist eine Herstellung mittels Rundstricken.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kupferlitze und die Metallfaser gleichzeitig zu der Hülle gestrickt, gewirkt und/oder geflochten werden. Hierbei werden die Kupferlitze und die Metallfaser bevorzugt parallel verarbeitet, insbesondere rundgestrickt. Zum Beispiel werden die Kupferlitze und die Metallfaser parallel einer Rundstrickmaschine zugeführt.
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Der Schirm ist bevorzugt schlauchförmig ausgebildet. Insbesondere ist der Schirm elastisch und/oder flexibel ausgebildet, sodass dieser sich an ein Leitungskabel anpasst. Der Schirm ist bevorzugt als das Leitungskabel bzw. die Leitungskabel schlauchartig umgebendes elastisches Schlauchelement ausgebildet, insbesondere als ein Schlauchgestrick, ein Schlauchgewirk und/oder ein Schlauchgeflecht, welches in radialer Richtung an dem Leitungskabel anliegt, insbesondere kraft-, stoff- und/oder formschlüssig anliegt. Auch ist in einer Ausführungsform der Schirm als Schlauchgelege oder Schlauchgewebe ausgebildet. Das Schlauchelement, insbesondere das Schlauchgestrick hüllt die Leitung ein. Eine Maschenbreite bzw. ein Abstand zwischen den unterschiedlichen Fasern ist bevorzugt minimiert ausgebildet. Das Gestrick ist als technisches Gestrick ausgebildet. Der als Schlauch ausgebildet Schirm ist bevorzugt aus zwei gestrickten Fäden, zwei gestrickten Fasern oder mehreren gestrickten Fäden oder Fasern hergestellt. Eine Faser bzw. ein Faden ist als Kupferlitze ausgebildet. Eine andere Faser bzw. ein anderer Faden ist als elektrisch leitfähiger Metallfaden ausgebildet. Dabei wird das Gestrick als Maschenware hergestellt, das heißt, aus mehreren in eine Längsrichtung verbundenen Maschenreihen. Die Maschengröße ist dabei vorgebbar, ist bevorzugt auf ein Minimum reduziert. Die Faser kann mit einem vorgebbaren Faserdurchmesser bestimmt sein. Das technische Gestrick, Gewirk, Geflecht, Gelege und/oder Gewebe wird in einer Ausgestaltung endlos als Schlauchelement aus mehreren in eine Längsrichtung verbundenen Maschenreihen ausgebildet, sodass ein sich in Längsrichtung erstreckendes Schlauchgestrick gebildet ist. Insbesondere ist der Schirm bzw. das technische Gestrick als einlagiges Schlauchelement oder Schlauchelementgestrick ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist der Schirm mehrlagig ausgebildet. In dem Schlauchgestrick sind in einigen Ausführungsformen Ausnehmungen wie Bohrungen und dergleichen eingebracht. Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen EMV-Verkabelung wird der Schirm, zum Beispiel das Schlauchgestrick oder das Schlauchelement, über die Leitung oder die Leitungen gezogen. Das Schlauchelement weist bei der Herstellung in einigen Ausführungsformen einen geringeren Innendurchmesser auf, als der Außendurchmesser der Leitungen. Entsprechend dehnt sich das elastische Schlauchelement beim Überspannen über die Leitungen. Bei der Wahl einer Faden- und/oder Faserstärke ist zu beachten, dass der Durchmesser eines Drahtes und/oder einer Faser mit seiner Lebensdauer verknüpft ist. Um eine Bruchgefahr zu vermeiden, sollte der Durchmesser eines Drahtes und/oder einer Faser nicht zu dünn gewählt sein. Der Draht und/oder die Faser weisen dabei einen Durchmesser von etwa 0,01 mm bis 5 mm, bevorzugt von etwa 0,05 mm bis etwa 1 mm und besonders bevorzugt von etwa 0,2 mm bis etwa 0,3 mm auf. Neben der Wahl des Drahts beziehungsweise des Fasermaterials werden die Eigenschaften der Maschenware auch durch die Größe und Dichte der Maschen beeinflusst, wobei die Dichte der Maschen in einem formgebenden Verfahrensschritt erhöht werden kann. Dies hat Auswirkungen auf die Eigenschaften der Maschenware, insbesondere auf die Elastizität und damit auch Federung und die Stoßabsorbtion. Die Maschenware weist bevorzugt eine Maschenweite von 0,01 mm bis 50 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 20 mm und besonders bevorzugt von 3 mm bis 8 mm auf. Insbesondere ist die Maschenweite so gering wie möglich eingestellt, beispielsweise auf 0,1 mm, 0,09 mm, 0,08 mm, 0,07 mm und kleiner. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass eine gestrickte und insbesondere eine rund gestrickte Maschenware bevorzugt ist. Auf diese Weise lässt sich ein als Schlauchelement ausgebildeter Schirm realisieren.
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Insbesondere hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass bei der Herstellung das Maschenmaterial rund gestrickt wird und die Maschenware als gestricktes Schlauchelement vorliegt. Aber auch Rundgeflechte, -gelege, -gewebe oder -gewirke sind ausführbar. In das Schlauchelement können Ausnehmungen eingebracht werden. Die Dichte der Maschen kann erhöht werden und zwar wenn die Maschenware als gepresste Maschenware vorliegt. Dies geschieht in einem formgebenden Verfahrensschritt. Dies hat dabei Auswirkungen auf die Eigenschaft und verbessert insbesondere die Elastizität und damit die Feder- und Dämpfungseigenschaften. Durch das Formen verhaken und/oder verklemmen sich die Fasern der Maschenware untereinander und ineinander, womit diese miteinander verbunden sind. Die Maschenware wird insbesondere mittels Pressen geformt, vorteilhafterweise in eine Längsrichtung oder Axialrichtung des Gestricks. Beim Formen wird das Schlauchelement beispielsweise derart gepresst und/oder gewalzt, sodass das Schlauchelement bevorzugt eine Dicke und/oder Breite von etwa 0,1 mm bis etwa 20 mm und besonders bevorzugt von etwa 0,75 mm bis etwa 2 mm aufweist.
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Durch das Pressen wird der entsprechende Bereich des ursprünglichen Schlauchgestricks und jetzigen Gestrickrings in seinem Volumen um einen Faktor von etwa 1/20 bis 9/10 bevorzugt von etwa 1/10 bis 1/2 und besonders bevorzugt von etwa 1/5 bis 1/3 reduziert. Da das Schlauchgestrick elastisch ist und sich nach dem Pressvorgang wieder dehnt, wird das Schlauchgestrick während der Kompression wesentlich stärker in seinen Abmessungen komprimiert. Die vorgenommene Kompression auf ein bestimmtes Volumen bestimmt zudem die Anzahl der zulässigen Belastungen und damit die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Schlauchgestricks. Die Fasern der Maschenware verhaken und verklemmen sich durch den Pressvorgang untereinander und ineinander und verbinden sich darüber. In diesem Verfahrensschritt bilden sich durch die Maschenware innerhalb des gepressten Formkörpers Hohlräume aus, die, da das Ausgangsmaterial ein Gestrick war, zufällig aber gleichmäßig im Formkörper verteilt sind. Die innerhalb des gepressten Formkörpers gebildeten Hohlräume weisen einen Durchmesser von etwa 0,001 mm bis etwa 10 mm, bevorzugt von etwa 0,04 mm bis etwa 2 mm und besonders bevorzugt von etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm auf. Das Formen erfolgt dabei in einer Querrichtung, das heißt quer zu der Längsrichtung oder Erstreckungsrichtung des Schlauchelements, sodass das Formen in unterschiedliche Richtungen erfolgt.
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Die gesponnene elektrisch leitfähige Metallfaser weist bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit bei etwa 25°C von größer 106 S/m auf. Insbesondere weist die Metallfaser eine elektrische Leitfähigkeit auf die unterschiedlich zu der elektrischen Leitfähigkeit der Kupferlitze ist. Die verwendeten Fasern/Fäden, d.h. die Kupferlitze und die Metallfaser, weisen einen im Wesentlichen runden Querschnitt mit einem Durchmesser auf, der bevorzugt in einem Bereich von 0,01 mm bis kleiner gleich 5 mm bevorzugt von größer gleich 0,05 mm bis kleiner gleich 4 mm, weiter bevorzugt von größer gleich 0,075 mm bis kleiner gleich 3,5 mm und am meisten bevorzugt von größer gleich 0,1 mm bis kleiner gleich 3 mm liegt. Die Fäden können in anderen Ausführungsformen unterschiedliche Querschnittsformen einschließlich rotationsasymmetrischer Querschnittsformen aufweisen. Die Materialstärken der Kupferlitze und der Metallfaser sind unterschiedlich ausgebildet. Insbesondere weist die Metallfaser eine größere Materialstärke als die Kupferlitze auf. Durch die Verwendung der zwei unterschiedlichen Fasern ist eine verbesserte Abschirmung realisiert.
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Der Schirm ist für hohe Temperaturbereiche, für aggressive Umgebungen und hohe Belastungen geeignet. Insbesondere ist der Schirm ausgelegt für einen Einsatz in einem Temperaturbereich bevorzugt zwischen größer gleich –80 °C bis kleiner gleich 700 °C, weiter bevorzugt zwischen größer gleich –70 °C und kleiner gleich 650 °C und am meisten bevorzugt zwischen größer gleich –60 °C und kleiner gleich 600 °C.
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Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Schirm bzw. das Schlauchgestrick mehrschichtig ausgebildet ist.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben