-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Leitung, insbesondere für ein Fahrzeug-Bordnetz, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug-Bordnetz mit wenigstens einer solchen elektrischen Leitung.
-
Stand der Technik
-
Aus der Praxis sind solche elektrischen Leitungen bereits bekannt. Diese weisen üblicherweise eine Mehrzahl von elektrischen Leitern, zum Beispiel zwei oder mehr Leiter auf, die von einem Isoliermantel umgeben sind. Häufig verfügen elektrische Leitungen auch über eine so genannte Leitungsseele oder Kabelseele, die im Wesentlichen radial innenliegend zu den elektrischen Leitern angeordnet ist.
-
Aus dem technischen Gebiet der optischen Leiter beziehungsweise optischen Leitungen sowie der Hochspannungs- und Unterseekabel ist zudem bekannt, dass eine Kabelseele zugleich als eine Art Zugentlastung für die Leitung oder das Kabel dienen kann. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn eine Leitung oder ein Kabel durch das jeweilige Eigengewicht oder durch äußere Einflüsse mechanisch auf Zug (oder gegebenenfalls auf Druck) belastet werden, damit die Leiter der Leitung oder des Kabels nicht beschädigt, beispielsweise nicht abgerissen werden.
-
Beispielsweise ist in der
DE 297 11 024 U1 vorgeschlagen, mechanisch vergleichsweise hoch belastbare Materialien in einer Kabelseele anzuordnen, um eine ausreichende mechanische Zugbelastbarkeit bei einem Kabel oder einer Leitung zu erreichen.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Zugentlastung eines Kabels schlägt die
DE 299 00 128 U1 vor. Darin ist ein zentrales, zugfestes Element mit sechs Adern verseilt, wobei diese gemeinsam mit einer Bewicklung eine Kabelseele ausbilden. Das zugfeste Element ist dazu vorgesehen, eine Zugentlastung für das Kabel zu bilden.
-
Des Weiteren ist insbesondere aus der Fahrzeugtechnik bekannt, dass beispielsweise der Leichtmetall-Werkstoff Aluminium (Al) im Fahrzeug dazu verwendet werden kann, durch den dadurch möglichen Leichtbau sowie die damit verbundene Gewichtsreduktion den Energiebedarf eines Fahrzeugs während seines Betriebs zu senken. Insbesondere lässt sich durch Verwendung von Aluminium statt Kupfer der Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß von Kraftfahrzeugen und Flugzeugen verringern. Auch in Hybrid- und Elektrofahrzeugen lässt sich durch die Verwendung von Aluminium Gewicht einsparen, so dass sich die Reichweite pro Batterieladung verlängert.
-
Da Aluminium bei vergleichsweise niedrigem Eigengewicht eine vergleichsweise gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, eignet es sich auch als Leitermaterial in elektrischen Leitungen. Deshalb wird seit einiger Zeit auch angestrebt, Aluminium in elektrischen Fahrzeug-Bordnetzen, insbesondere in Fahrzeug-Kabelbäumen einzusetzen, das dort den technisch bewährten, aber vergleichsweise kostenintensiven Werkstoff Kupfer (Cu) als Leitermaterial ersetzt.
-
Es hat sich aber in Versuchen und Erprobungen gezeigt, dass Aluminium neben seinen positiven Werkstoffeigenschaften auch werkstofftechnische Nachteile aufweist. So ist das im Vergleich zu Kupfer ausgeprägte Kriechverhalten und/oder Setzverhalten von Aluminium problematisch, so dass ein bloßes Ersetzen von Kupfer durch Aluminium häufig nicht ohne Weiteres möglich beziehungsweise technisch nicht ausreichend ist. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass die elektrisch leitfähige Crimp-Kontaktierung, die häufig mit elektrischen Verbindern realisiert wird, problematisch ist. Denn das vergleichsweise ausgeprägte Kriechverhalten des Aluminiums führt dazu, dass sich eine anfangs, das heißt im Anschluss an die Fertigung, mechanisch feste, elektrische Crimp-Verbindung zwischen elektrischem Leiter und Verbinder durch Kriechen des Leitermaterials nach und nach lockert, so dass Wackelkontakte und im schlimmsten Fall ein Ausfall der elektrischen Verbindung auftreten können. Dies kann bereits innerhalb eines durchschnittlichen Produktlebenszyklus eines Fahrzeugs auftreten. Es besteht daher der Wunsch, eine möglichst langlebige, elektrisch leitfähige Verbindung zu realisieren.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Möglichkeit für eine vergleichsweise langlebige elektrische Verbindung einer elektrischen Leitung zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Leitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren angegeben.
-
Ein erfindungsgemäße elektrische Leitung, die insbesondere für ein Fahrzeug-Bordnetz geeignet ist, weist eine Mehrzahl von elektrischen Leitern, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Leitern auf, die von einem Isoliermantel umgeben sind. Die elektrische Leitung verfügt über eine Leitungsseele, die radial innenliegend zu den elektrischen Leitern, beispielsweise im Wesentlichen mittig dazu oder zentral, angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Leitungsseele als ein Radialausgleichsfederelement ausgeführt, das die elektrischen Leiter mit einer vorzugsweise vorbekannten Radialausgleichsfederkraft radial nach außen vorspannt.
-
In anderen Worten ist in der erfindungsgemäßen elektrischen Leitung ein Federelement in Form einer Leitungsseele zum Ausgleich eines physikalischen Setz- beziehungsweise Kriechverhaltens angeordnet, das beispielsweise durch seine physikalischen Eigenschaften dazu eingerichtet ist, durch eine dem Federelement innewohnende Federwirkung in radialer Richtung der elektrischen Leitung das Setz- beziehungsweise Kriechverhalten auszugleichen.
-
Befindet sich die als Radialausgleichsfederelement ausgeführte Leitungsseele bei der Herstellung einer elektrischen Crimp-Verbindung zwischen der elektrischen Leitung und beispielsweise einem elektrischen Verbinder, elektrischen Steckkontakt oder dergleichen in einem radial eingefederten, das heißt zum Beispiel komprimierten Zustand, kann die Leitungsseele ein sich durch Kriechen oder Setzen radial ergebendes Spiel zwischen elektrischer Leitung und elektrischen Verbinder in radialer Richtung ausgleichen. Hierzu ist die Radialausgleichsfederkraft der Leitungsseele betragsmäßig so gewählt, dass die elektrischen Leiter in radialer Außenrichtung ausreichend stark vorgespannt sind, was sich beispielsweise durch technische Versuche unterstützen lässt. Dabei kann die Leitungsseele selbst elektrisch leitend oder elektrisch nicht-leitend ausgeführt sein. Ist die Leitungsseele elektrisch leitend ausgeführt, kann sie neben dem Radialausgleich auch zusätzlich eine Leitungsfunktion übernehmen.
-
Diese Konfiguration der elektrischen Leitung bietet den Vorteil, dass ein Kriechen oder Setzen des Materials der die Leitungsseele radial umgebenden elektrischen Leiter kein Lockern einer elektrischen Crimp-Verbindung beziehungsweise eines elektrischen Kontakts bewirkt, so dass ein Wackelkontakt an dieser Stelle auf vergleichsweise lange Zeit effektiv vermieden wird. Die elektrische Leitung stellt damit eine vergleichsweise langlebige elektrische Verbindung sicher. Unabhängig von dem verwendeten Leitermaterial, das beispielsweise Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann, können auf diese Weise herkömmliche elektrische Verbinder, wie Steckverbinder oder dergleichen (weiter-)verwendet werden. Die Einführung neuartiger oder speziell an einen bestimmten Leiterwerkstoff angepasster elektrischer Verbinder ist dadurch nicht notwendig. Für die Fertigung oder Montage einer elektrischen Verbindung mit einer solchen elektrischen Leitung müssen deshalb keine gesonderten elektrischen Verbinder vorgehalten oder spezielle Fertigungsprozesse eingeführt werden. Elektrische Verbindungen unter Verwendung herkömmlicher Verbinder sind vergleichsweise langlebig. Bei der Anwendung in einem Fahrzeug-Bordnetz lässt sich damit eine sichere elektrische Verbindung über den gesamten Produktlebenszyklus eines Fahrzeugs realisieren.
-
Die elektrische Leitung lässt sich konstruktiv besonders einfach gestalten, wenn die Leitungsseele als federelastischer Vollkörper ausgeführt ist. Unter federelastischem Vollkörper ist in diesem Zusammenhang ein Volumenkörper zu verstehen, der federelastische Eigenschaften aufweist.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Leitungsseele aus einem Kunststoff, Gummi, Papier, einem Verbundwerkstoff oder aus Textilfasern, zum Beispiel als hochfester Stofffaden oder ummantelter Stofffaden, gefertigt ist. Unter den Kunststoffen hat sich Polyurethan (PUR), vorzugsweise als PU(R)-Schaum, weiter vorzugsweise als extrudierter PU(R)-Schaum als vorteilhaft erwiesen. Prinzipiell sind auch andere Kunststoffe geeignet, sofern sie ein federelastisches Verhalten aufweisen. Idealerweise ist das gewählte Material physikalisch und/oder chemisch verträglich mit dem Leitermaterial und/oder dem Isoliermaterial des Isoliermantels.
-
Für eine möglichst vorab bestimmbare beziehungsweise vorab abschätzbare Dauerhaltbarkeit einer elektrischen Verbindung ist es vorteilhaft, wenn die radial nach außen wirkende Radialausgleichsfederkraft des Ausgleichsfederelements in Abhängigkeit eines Materials der elektrischen Leiter festgelegt ist. So kann bei einem Leitermaterial, das ein vergleichsweise hohes Kriechverhalten aufweist, die Radialausgleichsfederkraft vergleichsweise hoch festgelegt werden. Die Radialausgleichsfederkraft lässt sich technisch beispielsweise dadurch festlegen, dass das Material der Leitungsseele entsprechend den Anforderungen ausgewählt wird oder die Leitungsseele bei der Fertigung den Anforderungen entsprechend stark komprimiert wird.
-
Für einen möglichst flexiblen Einsatz für verschiedene Leitungsquerschnitte ist es von Vorteil, wenn die Querschnittsform der Leitungsseele in Abhängigkeit eines Leitungsquerschnitts der elektrischen Leitung festgelegt ist. So hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich die Radialausgleichsfederkraft auch durch die Querschnittsform der Leitungsseele festlegen lässt. Die Leitungsquerschnitte der elektrischen Leitungen können beispielsweise auch kleiner 0,35 mm2 sein.
-
Noch genauer lässt sich die Radialausgleichsfederkraft festlegen, wenn die Querschnittsform der Leitungsseele in Abhängigkeit eines Leitermaterials der elektrischen Leitung festgelegt ist.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Querschnittsform der Leitungsseele rund, polygonal, sternförmig oder im Wesentlichen keilwellenförmig ausgeführt ist. Durch die jeweils unterschiedliche Querschnittsform lässt sich die Federwirkung beziehungsweise die Radialausgleichsfederkraft der Leitungsseele an jeden Leitungsquerschnitt und/oder jedes Leitungsmaterial anpassen.
-
Um die Dauerhaltbarkeit beziehungsweise Lebensdauer der elektrischen Leitung noch weiter zu erhöhen ist es vorteilhaft, wenn die Leitungsseele eine gleitfähige Außenoberfläche aufweist. So können die sich beispielsweise aufgrund von Kriechen längenden elektrischen Leitungen unter möglichst geringem Reibungswiderstand entlang der Leitungsseele gleiten, wodurch ein Scheuern vermieden wird.
-
Ein weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Mehrzahl von elektrischen Leitern jeweils als Litze ausgeführt sind, die um die Leitungsseele verseilt sind. Dies stellt die Funktion der Leitungsseele als Ausgleichsfederelement zusätzlich beziehungsweise noch zuverlässiger sicher. Das Verseilen kann durch an sich bekannte Fertigungsverfahren erfolgen.
-
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Leitungsseele aus, wenn die Mehrzahl von elektrischen Leitern aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist. Denn Aluminium (Al) ist ein vergleichsweise leichter Werkstoff, der sich deshalb gut für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz eignet. Allerdings lassen sich die Vorteile der Erfindung auch bei einem anderen Leitermaterial, wie Kupfer, einer Kupferlegierung oder dergleichen, nutzen, da auch diese Materialien insbesondere unter ungünstigen Umweltbedingungen zum Kriechen neigen.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug-Bordnetz, beispielsweise ein Kraftfahrzeug-Bordnetz, mit wenigstens einer elektrischen Leitung in einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten.
-
Besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße elektrische Leitung dann aus, wenn die wenigstens eine elektrische Leitung innerhalb des Fahrzeug-Bordnetzes mittels einer Fügeverbindung, wie Crimpen, Verpressen oder Clinchen verbunden ist. Denn die radial wirkende Radialausgleichsfederkraft der elektrischen Leitungsseele bewirkt auch bei diesen Verbindungsverfahren bei Auftreten von Kriechen oder Setzen der elektrischen Leitungen eine dauerhaltbare elektrische Verbindung.
-
Kurze Figurenbeschreibung
-
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße elektrische Leitung mit einer Ummantelung, einer Mehrzahl von elektrischen Leitern und einer Leitungsseele in einer perspektivischen Ansicht,
-
2 einen Querschnitt einer elektrischen Leitung mit einer Leitungsseele, die eine Querschnittsform gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aufweist,
-
3 einen Querschnitt einer elektrischen Leitung mit einer Leitungsseele, die eine Querschnittsform gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist,
-
4 einen Querschnitt einer elektrischen Leitung mit einer Leitungsseele, die eine Querschnittsform gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel aufweist, und
-
5 einen Querschnitt einer elektrischen Leitung mit einer Leitungsseele, die eine Querschnittsform gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel aufweist.
-
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in einer perspektiven Ansicht einen Längenabschnitt einer elektrischen Leitung 1, die beispielsweise in einem (nicht dargestellten) elektrischen Fahrzeug-Bordnetz, beziehungsweise einem Kabelbaum eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Die schematische Darstellung ist stark vergrößert und gibt nicht die üblichen Leitungsquerschnitte zur Verwendung in einem Fahrzeug-Bordnetz wieder.
-
Die elektrische Leitung 1 weist eine Mehrzahl von elektrischen Leitern 2 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel jeweils aus Aluminium (Al) oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sind und jeweils als Litze ausgeführt sind. Es ist erkennbar, dass hier genau sechs elektrische Leiter 2 vorgesehen sind, wobei dies nur eine beispielhafte Anzahl ist und dementsprechend auch eine niedrigere oder höhere Anzahl elektrischer Leiter 2 möglich ist.
-
Die elektrischen Leiter 2 der elektrischen Leitung 1 sind von einem Isoliermantel 3 umgeben, beziehungsweise umhüllt, wobei auch jeder einzelne elektrische Leiter 2 selbst eine Isolierung, beziehungsweise einen Isoliermantel, auch zusätzlich, aufweisen kann. In 1 ist zudem erkennbar, dass sich das isolierende Material des Isoliermantels 3 auch in radialer Richtung zumindest abschnittsweise zwischen die elektrischen Leiter 2 hinein erstreckt und diese dadurch auch in ihrer bestimmten Position hält.
-
Die elektrische Leitung 1 weist auch eine Leitungsseele 4 auf, die radial innenliegend zu den elektrischen Leitern 2 angeordnet ist und sich in Längsrichtung der elektrischen Leitung 1 erstreckt. Es ist erkennbar, dass die Leitungsseele 4 hier mittig, beziehungsweise zentral in Bezug auf die elektrische Leitung 1 positioniert ist. Die elektrischen Leiter 2 sind um einen Außenumfang, beziehungsweise eine Mantelfläche 5 der Leitungsseele 4 herum angeordnet und liegen teilweise an dieser auf.
-
Die Leitungsseele 4 ist aus einem federelastischen Material, wie beispielsweise einem Kunststoff, Gummi, Papier, einem Verbundwerkstoff oder aus Textilfasern, zum Beispiel als hochfester Stofffaden oder ummantelter Stofffaden, gefertigt. Durch seine materialbedingte Federwirkung ist die Leitungsseele 4 als ein Radialausgleichsfederelement ausgeführt, das die elektrischen Leiter 2 mit einer Radialausgleichsfederkraft radial nach außen vorspannt. Obwohl dies in den Figuren nicht deutlich erkennbar ist, sind die als Litzen ausgeführten elektrischen Leiter 2 um die Leitungsseele 4 verseilt, um die Funktion als (nach) federendes Radialausgleichsfederelement zu verbessern.
-
Zudem weist das Material der Leitungsseele 4 eine gleitfähige Oberfläche auf, die unter anderem ein Gleiten der elektrischen Leiter 2 ermöglicht, wenn sich diese beispielsweise aufgrund Kriechens längen.
-
Für eine möglichst hohe, nach radial außen gerichtete Federkraft der Leitungsseele 4 und die damit verbundene Vorspannung der elektrischen Leiter 2 ist die Leitungsseele 4 in Radialrichtung komprimiert. Auf diese Weise kann sich die Leitungsseele 4 selbständig ausdehnen, wenn ein unerwünschtes Kriech- oder Setzverhalten an den elektrischen Leitern 2 auftritt, so dass ein selbständiger Radialausgleich erfolgt.
-
In 2, die einen Querschnitt der elektrischen Leitung 1 zeigt, ist erkennbar, dass die Leitungsseele 4 in diesem ersten Ausführungsbeispiel eine runde, insbesondere kreisrunde Querschnittsform aufweist. Somit bildet die Leitungsseele 4 hier einen im Wesentlichen zylinderförmigen, federelastischen Körper aus.
-
Durch geometrisch unterschiedliche Querschnitte der Leitungsseele 4 lässt sich dessen Radialausgleichsfederkraft insbesondere an unterschiedliche Leitungsquerschnitte der elektrischen Leiter 2 und/oder an unterschiedliche Leitungsmaterialien der elektrischen Leiter 2 anpassen.
-
3 zeigt in einem Querschnitt der elektrischen Leitung 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Leitungsseele 4 eine polygonale Querschnittsform aufweist. Hier ist beispielhaft eine sechseckige Querschnittsform gewählt, wobei das Polygon auch weniger oder mehr Ecken haben kann.
-
In 4, die ebenfalls einen Querschnitt der elektrischen Leitung 1 eines dritten Ausführungsbeispiels zeigt, weist die Leitungsseele 4 eine sternförmige Querschnittsform auf, dessen Zacken sich teilweise bis zwischen die um die Leitungsseele 4 herum verteilt angeordneten elektrischen Leiter 2 erstecken.
-
5 zeigt in einem Querschnitt der elektrischen Leitung 1 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die Leitungsseele 4 eine im Wesentlichen keilwellenförmige Querschnittsform aufweist.
-
In einer vorteilhaften Anwendung der elektrischen Leitung 1 ist diese in dem (nicht dargestellten) Fahrzeug-Bordnetz durch ein geeignetes Fügeverfahren, wie beispielsweise dem Herstellen einer Fügeverbindung durch Crimpen, Verpressen oder Clinchen elektrisch leitfähig mit einem (nicht gezeigten) elektrischen Verbinder oder dergleichen verbunden. Insbesondere sind die elektrischen Leiter 2 mitsamt dazwischen angeordneter Leitungsseele 4 elektrisch verbunden.
-
Ausgehend von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße elektrische Leitung 1 in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden.
-
So ist es denkbar, dass die Leitungsseele 4 der elektrischen Leitung 1 leitend oder nichtleitend ausgeführt ist. Zudem sind auch andere Querschnittsformen der Leitungsseele 4 möglich. Die elektrischen Leiter 2 der elektrischen Leitung 1 müssen nicht zwingend aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein, sondern können beispielweise auch aus Kupfer (Cu) oder einer Kupferlegierung bestehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrische Leitung
- 2
- Mehrzahl elektrischer Leiter (zum Beispiel eine Mehrzahl von Litzen)
- 3
- Isoliermantel
- 4
- Leitungsseele
- 5
- Außenumfang beziehungsweise Mantelfläche
-
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
-
- DE 29711024 U1 [0004]
- DE 29900128 U1 [0005]
